浅谈超长地下室顶板的温度效应分析及设计

摘要：超长混凝土结构设计时需要考虑温度效应是的问题，本文介绍了温度效应的取值及常用的设计方法，分析了顶板温度效应的重要性，很有可能对混凝土产生裂缝等方面的影响，其后果是很严重的。本文分析了这些问题并且对其设计做了分析，提出一些措施，期望能提供一些借鉴。

关键词：温度应力；超长结构；应力分布

中图分类号：P184文献标识码： A

引言

受建筑使用功能和防水等要求的影响，不设缝的超长地下室结构在如今的建筑中使用日趋广泛，由于结构超长产生的温度效应是设计分析中需要考虑的一个重要因素，众多学者对混凝土结构温度应力的发展及裂缝控制进行了深入的计算和研究，并提出了一些相应的简化计算方法及设计措施。

一、温差及混凝土的收缩

（一）气温变化的分类

混凝土结构表面和内部各点的温度与气温、太阳辐射的改变，以及结构所处的朝向、结构方位、地貌条件、地理位置等有关，同时在外表面和结构物的内部与周围环境之间存在着以传导、辐射和对流等方式进行的热交换，而且结构内各点的温度直接受到材料的热物理特性很大的影响，温度场的分布由此产生的也很复杂。一般在工程应用中温度载分成以下几类：1.骤然降温温度变化，主要是工程结构遇冷空气侵袭，导致外表面迅速降温，形成结构较大的内外温差；2.日温差作用，也就是一天之内气温最低值和最高值之间的差距；3.年温度变化，属于长期的比较缓慢的发作的，使得温度整体结构的变化都非常的均匀的，以平均温度为零温度应力时的参考温度来进行计算，整移较大，年温变化以最低与最高月平均温度的变化值来进行；4.人为温度变化，建筑结构因工艺要求迅速降温或升温。

（二）收缩温度应力验算

建立计算模型及模型分析当地下室顶板由于温度下降而产生收缩时。基本恒温的东西塔楼、筏板基础和人工挖孔桩将约束着地下室顶板所产生的作用。所以理想的刚体就是东西端的塔楼和人工挖孔桩及其地下室筏板，竖向滑动支座就是东西两端未封闭的后浇带，由于在强约束下地下室顶板并未在温度应力的作用中位移发生实质的变形。地下室顶板又与地下室柱和筏板基础相接。因此柱未能对顶板产生约束作用而设置为水平滑动支座，根据实际工程的结构，建立了计算模型。如图1所示。

（二）温度应力计算

图1梁板计算简图

温度下降或混凝土收缩引起的拉应力使每段板向重心处收缩，若不考虑筒、墙、柱等以及竖向构件的约束，这种变形不产生内力，呈现一种自由状态，变形大小为：

顶板受到剪力墙、两侧抗侧移刚度及柱较大的筒体结构约束，同时因为气温变化对地下室筏板的影响是比较小的，浇筑的刚度大，时间比较早，我们可认为在刚性约束条件下产生了补偿性应变，并使得地下室顶板受到刚性约束。

则，一般情况下，当补偿应变时，混凝土抗拉失效破坏，但因为钢筋的问题，真正在工作状态的混凝土要到时，抗拉能力才可能完全丧失如图2所示，所以当时。

2.混凝土抗拉呈现失效破坏的状态。

图2钢筋混凝土的开裂应变量

就会产生裂缝。

也就是

由上式可知，当时，钢筋混凝土在强约束下就会产生裂缝。同时，补偿性应变必然产生巨大的内应力，而单项条件约束下，一般钢筋混凝土的应力可表达为：

其中是和竖向构件对所计算部位的混凝土板约束程度有关的系数，，在这里，所取单元体纵向视为全约束条件，这一约束系数，可以取值为1。

――初始温度、最低温度

――混凝土的线膨胀系数，取为1X10-5

――混凝土弹性模，取3.14X104N/mm2

当假设时，推到计算可得

又因

通过上述的计算表明，在温度产生激烈变化的时候，混凝土就会出现抗拉失效，裂缝也就会随之产生。

二、超长地下室顶板设计要点分析

墙体开裂受到温度荷载的影响是很大的，墙体温度应力会因为温降的增大而增大，出现裂缝的可能性就会随之增高。因此，要采取合理的措施才能有效产生温降。就像降温阶段的保温和初期升温阶段的降温。墙体产生裂缝受到约束影响是很大的。局部刚性约束如柱子、顶板等将使得墙体的应力增大。并且如果约束太强还会在约束附近使墙体产生应力集中现象，更容易导致结构裂缝。如横向的分布筋则会使应力减少整体柔性约束，墙体开裂的可能性也会随之降低。我们需要同时从“放”和“抗”的两个角度来对地下室顶板的裂缝控制。在选择混凝土材料的时候，从水泥的品种，外加剂的选用，水泥的用量，粗细骨料的选择等方面尽可能地降低水化热，从而使得温度应力对裂缝控制的影响得到减少。利用其混凝土的膨胀应力，使得收缩混凝土的采用得到补偿，来使得干缩造成的应力及其温度变化得以抵消，但是需要适合的进行其膨胀剂和膨胀应力掺量，不适宜过大，否则会适得其反，对结构物造成损害，不能过小，小了起不到补偿收缩的作用。在外部环境方面，从混凝土搅拌到养护的一系列过程中，使用洒水保湿、原材料降温等方法使得尽量减小温差以降低温度应力。这主要是对裂缝的“抗”。地下室顶板比较大的约束，约束所产生的应力也是因为顶板开裂而导致的一个重要的因素，因此针对约束的作用，选择设置应力释放带或后浇带对单片地下室顶板的长度减小，通过“放”来达到控制裂缝的目的。

三、超长地下室顶板施工应该注意的事项

（一）这种超长超宽上部荷重非常悬殊的整体地下室设计也是很难的

若将地下室按照上部化分为若干个独立单元，则要在分缝处设双墙填砂形成侧限，这样防水问题复杂，地下车库空间不好用，工程费用增加。对于这种地下室，要保证绝对不出现一点裂缝也是不太现实的。因此为防止地下室混凝土收缩应力和温度应力产生裂缝，通常采取以下综合措施。混凝土后浇带的设置，混凝土中加抗裂纤维和膨胀剂，施加预加应力，适当地提高配筋率等。另外，施工质量的提高，材料的合理选择，搞好保温隔热，加强混凝土的养护，减小混凝土的收缩和温度变形也是很重要的。

（二）严格控制顶板施工过程及养护

顶板的精心养护对控制裂缝来说产生着非常重大的意义。只有20%的水分是混凝土水化过程中反应所必须的，剩下的水分基本都会蒸发。顶板裂缝由于这种由于多余水分的蒸发而引起的干缩的原因是很重要的。因此应在蓄水养护前两小时确保顶板混凝土终凝，时间持续不低于14d。另外有条件应尽可能推迟拆模时间，针对不少工程中出现的“拆模即裂”的情况，如两周后再拆模的养护，可以顶板裂缝的产生进行有效的控制。

（三）钢筋工程方面的措施

1.对于板周边支座处的负弯距钢筋、板四角的放射形钢筋和阳台板钢筋，除绑扎时正确定位之外，还要使得钢筋架设牢固，具体方法是设置间距小于1m的钢筋支架。2.由于操作人员不可踩踏在钢筋上进行混凝土浇捣，因此必须在板周边支座处的负弯距钢筋、板四角的放射形钢筋和阳台板钢筋范围内搭设操作跳板，以供操作人员站立作业。3.当板内有预留管线通过时，为保证管线不被混凝土损坏，应按设计要求在其上下各铺设宽600的钢丝网片。

（四）在两方向纵横的框架主梁上采用收缩应力、抵消温度的预应力钢筋。对于张拉后的预应力钢筋可提供预压力，能够收缩变形和抵消部分降温产生的拉应力，在混凝土抗拉强度设计值范围内控制混凝土内部应力，从而对混凝土拉裂进行避免。

结束语

通过对温度效应以及其参数计算分析如果对混凝土抗拉强度设计不加重视的话，极有可能造成结构开裂，影响使用。而采用专门用于收缩变形和抵消降温产生的拉应力的预应力措施，并加以设置后浇带和添加外加剂等辅助措施，能很好地解决因拉应力而产生开裂的问题，达到超长结构少设或不设伸缩缝的目的。

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