超長廠房結構的溫差效應計算分析

吳穎

【摘要】以長沙某經開區超長結構廠房為實際工程背景，采用有限元計算方法對整體結構溫差效應進行了計算分析;通過結合對溫差應力的計算與超長結構常規溫度裂縫的控制方法，以期對往后量大面廣的超長結構設計提供參考。

【關鍵詞】超長結構;溫度應力;后澆帶;膨脹帶

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

18.

1、工程概況

隨著社會經濟的發展，工業類建筑功能的實際需求和結構設計的日益復雜，200～300m的超長結構層出不窮，而目前國內的設計規范并未對溫度作用的計算方法并未予以明確，通常都是采用構造措施、施工措施、材料措施等加以控制。

本文以長沙某經開區多層標準廠房為工程背景，對其溫差效應進行了計算分析。該廠房結構形式為框架結構，長度為198.0m，寬度為81.6m，由于工藝需求不設結構縫，樓蓋采用X向單向板布置，計算軟件為YJK 2.0.3。

2、結構溫差效應的計算分析

2.1參數設置

結合長沙地區的氣候條件及以往類似工程的相關經驗將整樓溫差設置為±25°;根據相關文獻，降溫工況下的變形與混凝土收縮時的變形是一致的，二者疊加之后對混凝土的開裂更為不利，故本文中主要分析降溫工況下應力的分布情況;同時，在YJK 2.0.3前處理中將全樓樓蓋均定義為彈性板6，且整個計算過程只考慮溫度作用下的單工況，而不考慮其余恒活荷載及整體結構的自重。

2.2結果分析

降溫單工況下，二三層樓板X、Y向溫度應力分布云圖見圖1～4，由圖可知，二層樓蓋X向溫度應力呈中間大，兩側小的趨勢，中間區域最大溫度應力達到了1.0～1.5N/mm2。同時，在樓梯間與設備井道開洞區域由于應力集中的影響，溫度應力進一步增加。二層樓蓋Y向長度較短，其溫度應力較X向更小，數值大概在0.2～0.5N/mm2的范圍之間分布且呈現出更均勻的趨勢。三層樓蓋的溫度應力分布情況，與二層基本相同，但數值大幅降低。其中，X向中間區域溫度應力大概在0.1～0.2N/mm2范圍之間，Y向較之更小。分析其原因，大概是由于隨著樓層高度的增加，框架柱對整體樓蓋的約束會越小，則樓蓋的溫度應力也就會越小。限于文章篇幅的限制，未對四層及屋面層的溫度應力分布云圖列于文中，通過計算得到的結論是到屋面層降溫工況下溫度應力幾乎為0，而這與上述原因分析中溫度應力的變化趨勢是一致的。通過對以上溫度應力的分析，后續結構設計中可根據溫度應力的分布情況配置相應的溫度鋼筋，考慮到該結構X、Y雙向均超長，樓蓋中的板鋼筋采用雙層雙向的布置。

3、構造措施及施工手段

本工程設計時，除了在溫差效應計算分析的基礎上附加了溫度鋼筋外，結合國內現有的設計規范及相關文獻的研究結果，還應該采取以下的構造措施及施工手段：

（1）設置施工后澆帶，后澆帶的間距宜為50m左右，各后澆帶之間也可適當增設一定數量膨脹加強帶。后澆帶應在結構封頂后2月左右封閉，封閉時應將混凝土表面鑿毛，再采用高一等級的混凝土澆筑。

（2）建筑物的端部、樓梯間及開洞區域在做建筑地面時可增設部分鋼筋網片抗裂，同時適當加密梁中的抗扭鋼筋與腰筋。

（3）采用水化熱較低且凝固時間長的水泥，同時還可以摻加緩凝劑、減水劑以用來降低水化熱，減少水泥用量和水灰比。

（4）施工期間應采用合理的施工組織設計，如采用跳倉法工藝施工，同時也應加強混凝土的養護工作。根據以往經驗可知，施工措施是重中之重，養護和溫度控制是關鍵環節。

結語：

在超長結構設計中溫度裂縫是常見的施工質量通病，應引起設計及施工單位的重視。通常對溫度應力的控制，會從多方面考慮。設計階段應選用適當的結構方案，進行溫差應力計算，合理配置溫度鋼筋。同時，還應合理布置后澆帶及膨脹加強帶，這是避免收縮裂縫的有效措施。施工階段應選用低水化熱的混凝土材料，制定嚴格的溫度控制專項施工方案。