超長結構樓板在溫度荷載下的受力性能分析應用研究
——以上海通用重工集團有限公司日照嵐山某廠區(qū)X方向超長辦公樓工程為例

徐銘澤

上海華東建設發(fā)展設計有限公司 上海 200080

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，一些超限建筑內(nèi)容已經(jīng)屢見不鮮，當長度超出了標準要求，該建筑體就需要重新按照標準的內(nèi)容進行設置，主要設置為相應的沉降縫，從整體的角度來考慮，超長建筑體通常是只設置后澆帶，相較于一般建筑而言，該類建筑物的樓板對于溫度作用更加敏感，如果無法處理好溫度關系，也可能會帶來后續(xù)一系列的安全性問題。由此，本文也基于超長混凝土框架樓板溫度應變做出分析，為其結構設計提供可靠依據(jù)。

1 某廠區(qū)X方向超長辦公樓工程項目概況

在本次研究過程中，其所屬的工程為某廠區(qū)X方向超長辦公樓工程項目，項目地點位于山東省日照市嵐山區(qū)，其中設防烈度為7度、二類場地。在研究過程中，針對辦公樓之間的超長樓板進行分析。

本辦公樓建筑為地上7層框架結構，底層層高4.5m，上部層高3.9m，頂層高4.2m，混凝土容重取26kN/m3，嵌固端所在層號為結構標高-0.050，用于舒適度驗算的風壓為0.40kN/m2，用于舒適度驗算的風壓為2%，地面粗糙度類別為B類，修正后基本風壓0.4kN/m2，X向基本周期為1.32，Y向基本周期為1.38，地震設防分組為第三組，地震設防烈度按7度（0.1g）考慮，框架抗震等級為2級，本樓考慮偶然偏心，考慮偶然偏心的方式為相對于邊長的偶然偏心，周期折減系數(shù)0.7，特診周期取0.45秒，質量參與系數(shù)為95%，振型數(shù)量按程序計算自動考慮，結構內(nèi)力分析方法為一階彈性設計方法，結構重要性系數(shù)為1.0。

本單體東西長度為82.5m，南北寬為31.8m，基礎頂～3層混凝土強度為C40，3～7層混凝土強度為C30?；A頂至±0.000m柱典型截面為700mm×700mm，按短柱考慮，2～4層柱典型截面為600mm×600mm，4層及以上柱典型截面為500mm×500mm。本樓豎向主梁截面為300mm×600mm，豎向次梁截面為250mm×600mm，橫向主梁截面為300mm×750mm。

2 結構設計綜合溫差

2.1 季節(jié)溫差

建筑物溫度隨著氣溫變化而產(chǎn)生一定的轉變，因此氣溫變化對建筑物產(chǎn)生的影響也變得十分的明顯。季節(jié)溫差是研究其溫度變化對結構影響最為主要的因素，由于的溫度變化，溫度應力及相應的鋼筋配筋計算結果也會發(fā)生改變，根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》基本氣溫可采用50年重現(xiàn)期的月平均最高氣溫和月平均最低氣溫對其溫度所產(chǎn)生影響作出衡量，查荷載規(guī)范附錄知山東日照最低基本氣溫為-8℃，最高基本氣溫為33℃。根據(jù)PKPM計算結果，溫度荷載對樓棟整體指標影響較小，更多的是對梁板配筋計算會產(chǎn)生較大影響。

由計算結果可以看出，樓板溫度應力對框架梁的影響是全方位的，但是由于其產(chǎn)生荷載相對于結構整體側向力和豎向荷載較小，對柱計算結果幾乎不會產(chǎn)生影響。

圖1 單體中間位置不考慮溫度應力

圖2 單體中間位置考慮溫度應力

圖3 單體邊跨位置不考慮溫度應力

圖4 單體邊跨位置考慮溫度應力

2.2 混凝土收縮等效溫差

隨著時間的不斷流逝，混凝土會出現(xiàn)收縮的問題，此收縮的作用為溫強作用，對于需要控制的因素，應該在后澆帶封閉的時間內(nèi)進行控制，時間長會使混凝土的收縮穩(wěn)產(chǎn)更小，本文中所述工程原先設計時間為45天，主體完工時間是60天，而實際完工時間提前了，這就導致中間部分樁施工被耽誤了，沒有形成實際的澆筑時間，此時可以認為80%的混凝土已經(jīng)收縮完畢，因此混凝土最終收縮應變也可以被認作為0.0002，在合攏時的殘余應力則收縮為0.0001。

2.3 徐變應力松弛

溫度變化有快慢的區(qū)別，隨著溫度的變化要對約束構建進行分析，混凝土具備的特性和徐變內(nèi)容會逐漸的凸顯出來，溫度變化會促進持續(xù)增長，使混凝土的變形能力得到提高，使的實際應力小于彈性計算的結果，一般都會考慮到彈性結構溫差效應及分析所得到的溫度應力是非常巨大的。但是在實際結構分析過程中卻不會對其作出分析，針對徐變應力松弛狀況為簡化計算。這時可按照彈性計算的溫度應力×徐變應力松弛系數(shù)來考慮后續(xù)的徐變狀況。

2.4 剛度折減

混凝土在施工過程中都會出現(xiàn)相應的裂縫，這是結構造成的，裂縫的出現(xiàn)會抵消溫度變化產(chǎn)生的反應，因此，在進行溫度荷載計算時，要把應裂縫所產(chǎn)生的具體剛度折減度考慮進去，系數(shù)取值是按照剛度的折減標準值作出的。一般取在0.85到0.95之間。但是此項系數(shù)目前并無具體的求解方法，多數(shù)時候其仍是局限于經(jīng)驗值內(nèi)。在本次研究過程中，考慮到系數(shù)的差值研究，最終將其取為1.0。

3 溫度效應有限元分析

3.1 樓板有限元計算分析

基于本次研究過程，可在升溫和降溫的時候，分別對于其配筋計算結果內(nèi)容做出分析。由于PKPM板計算模塊中普通計算方法不考慮溫度對其產(chǎn)生的影響，無法體現(xiàn)其影響結果，所以采用有限元計算方式來保證對比結果的真實可靠。本小節(jié)選取單體的中間和端跨為典型做對比和研究以保證對比的有效性，其結果表明在溫度荷載作用之下，板中間位置中的樓板位移較小，距離中軸線越遠的地方，其位移就越大。樓板位置最大值容易出現(xiàn)在單體結構兩部的遠端，這是因為溫度變化由遠端向豎向結構作出影響的，所以這時相對于其遠端部分將部分的影響也是更大的。在此次研究過程中，基于其樓板位移配筋計算結果值，它對豎向構件的影響是更大的。所以針對這一方面的位移變化影響，可以看出，樓板沿長方向比沿短方向的應力更大，這也符合樓板本身的變形規(guī)律。

圖5 PKPM不考慮溫度應力情況下有限元計算結果部分截取

圖6 PKPM考慮溫度應力情況下相同位置有限元計算結果部分截取

3.2 樓板應力狀況

針對樓板應力狀況。可以發(fā)現(xiàn)在升溫時，其樓板的底部應力變化狀況有所變化。基于溫度荷載作用，超長板多數(shù)位置的應力值超過了混凝土本身的抗拉強度。這說明在溫度荷載下，其效應內(nèi)容仍不能夠忽略，否則的話也極容易產(chǎn)生一些縱向裂縫，它的危害是較大的。溫度和作用主要體現(xiàn)在中間部位兩端產(chǎn)生的，在應力對調下，在X方向其底盤溫度應力，在此方向的作用面是更廣的。所以基于這方向的分析，要了解到在小洞口部分的角度變化內(nèi)容。基于實例有限元分析結果，出于安全和相對保守的考慮，最后決定除了設后澆帶外，需順這超長方向增設溫度應力鋼筋。局部應力集中處應該增設相應的鋼筋，在X向主計算結果基礎之上，適當放大縱筋及腰筋，使整個樓板建成之后仍能夠維持正常使用，裂縫產(chǎn)生控制在保證安全和正常使用范圍內(nèi)。

4 結束語

在本次研究過程中，基于某廠區(qū)辦公樓超長樓板為例，通過PKPM計算結果和板有限元軟件計算模塊對其作出分析。著重研究了溫度變化產(chǎn)生的作用、收縮松弛所帶來的影響以及對其樓板應力的影響狀況，其具有一定的工程參考意義。在分析過程中也著重針對溫度荷載計算時所采用的一些綜合溫差，對于其季節(jié)溫差、剛度折減系數(shù)、有限元計算等做出探討。了解到有限元計算結果所展示出的混凝土結構溫度應力不容忽視，在超長結構樓板溫度荷載作用情況之下，也必須對于其應力集中現(xiàn)象進行分析，找準其結構中的各項內(nèi)容。對超長結構而言，后澆帶的設置能夠降低以免影響，但是無法將其消除。所以必須根據(jù)計算結果合理配置樓板配筋，降低其混凝土的收縮量。