超长楼盖温度应力分析及设计

【摘 要】近年来，随着现代建筑的不断创新和发展，国内涌现出大量的超长结构。为了满足建筑的使用功能和美观等要求，越来越多的业主和建筑师要求超长混凝土结构不设置伸缩缝，这无疑突破了结构规范的限制，同时也给结构工程师带来新的挑战。本文通过一个工程实例介绍了超长楼盖的温度应力分析以及设计，已供交流与探讨。

【关键词】超长楼盖；温度应力；分析；设计

1、工程概况

本项目博雅A座位于江西省新余市，为一围合式办公建筑，上部结构分为五个区，分别为南楼、北楼、东楼、西楼和中楼。地下室共一层，同时将地上五区连为一体。其中南楼地上17层，总高74.7米，采用框架-剪力墙结构，框架和剪力墙的抗震等级均为三级。南楼的结构平面如图1，平面典型尺寸为18m*125m，应建筑师的要求，楼盖除了在长度方向设置了二道后浇带外，其余均不设缝。根据《混凝土结构设计规范》的有关规定，框架-剪力墙结构伸缩缝的最大间距为50m，当增大伸缩缝间距时，尚应考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。本工程纵向长125m，已大大超过规范限值，依据规范要求笔者对该超长结构进行了温度应力分析和设计。

2、温度应力分析

对于工业与民用建筑中的复杂结构和超长结构，由于混凝土的收缩和气温的变化都会使结构产生不可忽视的变形，因此近些年来，对这些结构也越来越多的考虑温度作用的影响。温度作用有以下四类：混凝土收缩等效温差；季节温差；骤降温差；日照温差。

混凝土收缩等效温差是指将混凝土的收缩换算成等效当量温差，再和结构的温度变化叠加，形成计算温差后再进行温度应力分析。混凝土的收缩是一种随时间而增长的变形，结硬初期发展较快，一个月约完成50%，两个月完成60%～80%，以后却增长缓慢，一般两年后趋于稳定。本工程楼盖在长度方向设置了二道后浇带，间距约40米，两个月以后浇筑，可以认为采取了设置后浇带的措施后，混凝土的收缩应力因得到释放而变得很小，计算时可忽略混凝土收缩等效温差的影响。

骤降温差一般指强冷空气的作用或日落后的夜间形成的温差，新余属亚热带季风性气候，温和湿润，骤降温差一般较小，本文中不考虑此部分的影响。

日照温差（在新版结构荷载规范中被称为太阳辐射）是指同一天太阳照射在结构不同部位引起的温度差作用。由于本工程进行了节能设计，在屋面及外墙外表面均采取了保温隔热措施，从而大大减小了日照温差的影响。本文中不讨论此项影响。

季节温差（在新版结构荷载规范中被称为均匀温度作用）即后浇带封闭合拢时的温度与以后正常使用时结构可能遇到的最高或最低温度的差值。对于超长结构影响最大的是季节温差，本文主要讨论季节温差的影响。

2.1温度取值

在温降工况下，楼板因收缩而产生拉应力，但在结构上部几层的16、29轴线上，端部剪力墙附近却出现了很小的压应力，约0.1MPa左右（因本结构为剪力墙较少的框-剪结构，所以压应力不明显）。这种现象与纯框架结构中的温度应力分布特点不一样，产生这一现象的原因在于框架-剪力墙结构的变形特征，框架变形呈剪切型而剪力墙变形却呈弯曲型。低层次楼盖产生的收缩变形将迫使结构两端的剪力墙产生向内的变形和相应的转角。转角引起高层次部位很大的侧向变形，其幅值会超出高层次楼盖的自由伸缩变形。为了协调变形，高层次楼盖将对剪力墙施加推力。相应地，楼盖中将产生压应力。虽然在降温工况下可能在高层次楼盖中引起的压应力不会导致混凝土的开裂，但是值得注意的是，在相反的升温工况下，这些部位可能出现拉应力，所以对于高层次楼盖仍然需要注意其温度应力问题。

3、设计加强措施

3.2结构端部底部墙、柱的配筋复核

本工程结构计算分析设计采用中国建筑科学研究院编制的PKPM-SATWE2010软件，温度计算分析采用midasGen进行补充计算。比较不考虑和考虑温度作用的两种工况下的配筋，底层和二层结构端部最外一排柱受温度影响最大，配筋需要加强；第二、三排柱虽然也承受一部分温度作用引起的弯矩，但配筋较之不考虑温度作用变化不大，可适当加强。其余内柱和三层以上各柱配筋受温度的影响可忽略不计。另外，由于处在结构底部，很大的轴压力有利于柱的抗剪，因此由温度引起的剪力对柱影响不大。剪力墙暗柱及墙身配筋较之不考虑温度作用变化不大，可适当加强。

4、结论

（1）在温度荷载作用下，由于受到底部的约束，层间变形差由下往上依次递减。在第4层以上层间变形差较小，接近自由变形。

（2）在温降工况下，楼板拉应力分布沿楼板纵向表现为两端小，中间大；沿竖向随着楼层的增加，拉应力逐步减小。

在温度荷载作用下，墙、柱所受弯矩和剪力，沿楼板纵向由外向内逐渐减小，沿竖向随着楼层的增加而逐步减小。

（3）框架-剪力墙结构中的端部剪力墙，在温荷作用下，由于抗侧刚度较大，要承担温荷产生的大部分剪力和弯矩。

（4）在温升工况下，框架-剪力墙结构中的高层次楼盖，靠近端部剪力墙的位置，楼板可能出现拉应力，工程设计时需要引起注意。

（5）对于温度应力不太大的楼盖可以采用提高配筋率的措施来抵抗温降荷载产生的拉应力。

（6）在温度荷载作用下，结构端部底部墙、柱配筋需要加强。

参考文献：

[1]GB50010—2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1997

[2]GB50009—2012建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1997

[3]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997