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 李俊蘭

 [上海浦東軌道交通開(kāi)發(fā)投資（集團(tuán)）有限公司，上海200127]

摘要：對(duì)上海某超長(zhǎng)商業(yè)建筑實(shí)際工程案例進(jìn)行溫度應(yīng)力分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析溫度效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工措施，可供類(lèi)似工程參考。

  關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)建筑；溫度應(yīng)力；結(jié)構(gòu)分析

  中圖分類(lèi)號(hào)：TU111.19  文章編號(hào)：1004-4655( 2016) 02-0066-04

 通過(guò)對(duì)上海某超長(zhǎng)商業(yè)建筑實(shí)際工程案例進(jìn)行溫度應(yīng)力分析，根據(jù)分析結(jié)果介紹溫度效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工措施，可供類(lèi)似工程案例參考。

1項(xiàng)目介紹

 上海某超長(zhǎng)商業(yè)建筑位于松江區(qū)，地上面積60 550 m2，地下面積15 829 m2，地上四層，地下一層，中庭多處大開(kāi)洞。平面X向總長(zhǎng)約為226 m，Y向總長(zhǎng)約70 m，一層平面示意圖見(jiàn)圖1。

2設(shè)計(jì)參數(shù)取值

2.1溫差取值

 施工階段和使用階段的溫差根據(jù)本項(xiàng)目施工進(jìn)度安排及上海地區(qū)溫度資料取值如下。

 1)施工階段的合龍溫度為20℃。施工階段最低溫度為首層及以上最低溫度取0℃，地下一層最低溫度取5℃；首層及以上各層的最大負(fù)溫差（△T t）為-20 K，地下一層最大負(fù)溫差（△Tt）為-15 K。

 2)正常使用階段（正常使用階段時(shí)結(jié)構(gòu)均為室內(nèi)）。

 (1)實(shí)際溫差。使用階段最低溫度：地上各層5℃，地下室10℃；首層及以上各層的最大負(fù)溫差為-15 K，地下一層的最大負(fù)溫差為-10 K。

 綜上可知，正常使用階段溫差均小于施工階段溫差，計(jì)算時(shí)取施工階段溫差為最不利溫差。

 (2)混凝土收縮當(dāng)量溫差。計(jì)算混凝土收縮量時(shí)，先確定某種標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下混凝土的最大收縮量，實(shí)際狀態(tài)的最大收縮量用各種不同系數(shù)加以修正。計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

各修正系數(shù)的取值和對(duì)應(yīng)的影響因素取值見(jiàn)表1。

2.2松弛系數(shù)

 溫差內(nèi)力來(lái)源于溫差變形受到約束。對(duì)于因變形受到約束產(chǎn)生的內(nèi)力，應(yīng)當(dāng)考慮混凝土的徐變應(yīng)力松弛特性。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將彈性計(jì)算的溫差內(nèi)力乘以徐變應(yīng)力松弛系數(shù)作為實(shí)際溫差內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)計(jì)。忽略混凝土齡期影響的松弛系數(shù)見(jiàn)表2。

 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)松弛系數(shù)取為0.3。

2.3剛度折減

 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在垂直、水平荷載及溫差效應(yīng)作用下，應(yīng)計(jì)及構(gòu)件截面裂縫影響，本項(xiàng)目計(jì)算時(shí)梁柱構(gòu)件混凝土截面彈性剛度折減系數(shù)按0.85考慮。

2.4材料設(shè)計(jì)參數(shù)取值

 混凝土強(qiáng)度等級(jí)及彈性模量取值：C30=3×104 N／mm2; C35=3.15×104 N／mm2; C40=

3.25×104 N/mm2；C45=3.35×104 N/mm2；混凝土熱膨脹系數(shù)為1×10-5/℃；混凝土泊松比為0.2。

2.5組合系數(shù)

 溫度作用按可變作用考慮，其荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。溫度作用的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)分別取0.6，0.5和0.4。

 由GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》相關(guān)規(guī)定可知，溫度作用效應(yīng)與恒荷載效應(yīng)組合表達(dá)式見(jiàn)式(3)。

 使用階段與施工階段組合效應(yīng)按相同荷載組合值取用（見(jiàn)表3）。

3結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

 結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)沿Y，向布置雙次梁，地上部分樓板厚度為120 mm。本工程采用MIDASGen軟件進(jìn)行分析。典型截面尺寸見(jiàn)表4，典型結(jié)構(gòu)平面布置圖見(jiàn)圖2。

 混凝土材料強(qiáng)度見(jiàn)表5，鋼筋材料強(qiáng)度為HRB400,考慮裂縫控制因素，溫度效應(yīng)下梁、板溫度應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度適當(dāng)降低，按200 M Pa取用。

3.1柱內(nèi)力分析

 圖3為降溫工況結(jié)構(gòu)的水平變形示意圖。地上一層豎向構(gòu)件變形最為明顯，隨樓層增高，結(jié)構(gòu)的變形逐漸趨于平緩。溫度作用下的最大側(cè)向位移8.9 mm。同一樓層，周邊的柱子變形大于中間柱子。地下部分有變形，但明顯小于地上一層。

 混凝土柱在組合工況作用下為壓彎構(gòu)件。取底層典型柱驗(yàn)算承載力，截面分別為800 mm×800 mm及800 mm X1000 mm。軸力P作用下的P-M x、P-My曲線(xiàn)見(jiàn)圖4、圖5，圖中的點(diǎn)為非地震組合工況（包括溫度荷載效應(yīng)）下柱的內(nèi)力設(shè)計(jì)值。結(jié)果顯示，實(shí)際配筋均滿(mǎn)足溫度作用工況的設(shè)計(jì)要求。

3.2梁內(nèi)力分析

 降溫工況下，樓層梁和樓板共同承擔(dān)水平拉力，隨樓層的增加，梁的應(yīng)力相應(yīng)減小，對(duì)于同一樓層的梁，位于X向中部及平面洞口邊緣應(yīng)力偏大，其余部分梁應(yīng)力分布較均勻。

 為保證結(jié)構(gòu)安全，對(duì)降溫工況軸力較大梁設(shè)置溫度鋼筋，同時(shí)為了控制梁兩側(cè)出現(xiàn)棗核形裂縫，須適當(dāng)增加梁側(cè)腰筋。

 通過(guò)計(jì)算得出所需抵抗溫度收縮的鋼筋面積。溫度鋼筋根據(jù)面積相等原則，分布在梁頂面、梁底面及梁側(cè)面。根據(jù)分樓層統(tǒng)計(jì)結(jié)果，應(yīng)力最大在第二層。第二層梁除個(gè)別應(yīng)力集中位置外，基本不超過(guò)0.9 M Pa，按400 mm×700 mm框架主梁計(jì)算，沿長(zhǎng)向每根梁增加的縱筋和腰筋面積≤1260 mm2。平面Y向長(zhǎng)度70 m，除按規(guī)范構(gòu)造要求外，樓面梁可不增設(shè)溫度筋。各層梁溫差、收縮軸向總應(yīng)力統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。

3.3樓板應(yīng)力分析

 降溫工況下，各樓層樓板承受拉力，根據(jù)各樓層樓板應(yīng)力圖可以看出，二層樓板拉應(yīng)力最大，隨樓層增加，樓板拉應(yīng)力減小。同一樓層樓板，拉應(yīng)力較大一般分布在洞口角部附近及靠近平面周邊。降溫工況二層樓板最大主應(yīng)力云圖見(jiàn)圖6。

各層樓板溫差、收縮總應(yīng)力統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表7。

4設(shè)計(jì)及施工措施

4.1設(shè)計(jì)措施

 1)二層板的樓板溫度收縮應(yīng)力較大。應(yīng)考慮溫度收縮應(yīng)力需要增加的鋼筋面積，并將這部分配筋面積與恒活載工況所需的鋼筋面積疊加。考慮溫度影響，X向板頂配置ɸ10 mm@200 mm通長(zhǎng)鋼筋ɸ8 mm@ 200 mm支座附加鋼筋，X向板底配置ɸ10 mm@150 mm通長(zhǎng)鋼筋，y向上下層雙向配置ɸ8 mm@200 mm通長(zhǎng)鋼筋。

 2)頂層在使用階段可能溫度變化較大，屋面板實(shí)際配置ɸ8 mm@150 mm雙層雙向鋼筋。

 3)實(shí)際配筋時(shí)X向梁的腰筋≥6D16。

 4)溫度荷載可能對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)豎向墻、柱構(gòu)件的受力產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)分析時(shí)不能忽略。柱配筋時(shí)采用各工況包絡(luò)配筋值，適當(dāng)加強(qiáng)端部框架柱的配筋。

 5)控制應(yīng)力集中產(chǎn)生的裂縫寬度，對(duì)孔洞周邊板按計(jì)算需要增加斜向附加鋼筋。 

6)地下室外墻容易產(chǎn)生豎向裂縫，單層水平分布筋配筋率按0.25%控制。

4.2施工措施

 除設(shè)計(jì)措施以外，需采取嚴(yán)格的施工措施控制裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。針對(duì)以上超長(zhǎng)樓板的應(yīng)力分析，在施工中擬采用以下加強(qiáng)措施，抵抗或減小溫度和混凝土收縮徐變引起的樓板應(yīng)力。

 1)嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)，控制水泥磨細(xì)度，骨料的含泥量控制在1%以下。

 2)嚴(yán)格控制水灰比，混凝土材料中適當(dāng)添加減水劑，如C30混凝土水灰比控制在0.45，減少混凝土的干縮。

 3)水泥選用水化熱較低的普通硅酸鹽水泥，在保證強(qiáng)度前提下，摻入適量粉煤灰，既增加和易性，又降低水化熱。

 4)混凝土的澆灌振搗時(shí)間適量延長(zhǎng)，提高混凝土密實(shí)度，從而增強(qiáng)混凝土的抗裂性能。

 5)混凝土的養(yǎng)護(hù)是非常重要的環(huán)節(jié)。混凝土澆搗完畢后，澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14 d，用草袋覆蓋。平均氣溫<5℃時(shí)，不得澆水，應(yīng)采取保溫措施。

 6)混凝土拆模時(shí)間要掌握好，盡可能多養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，拆模后混凝土表面的溫度不應(yīng)下降15 K以上。施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)管理，確保施工質(zhì)量。

 7)施工后澆帶間距≤40 m，混凝土澆注采用低溫入模、低溫養(yǎng)護(hù)、使混凝土終凝時(shí)的溫度盡量降低，減小水化熱和收縮。嚴(yán)格控制封閉后澆帶時(shí)間≥90 d，達(dá)到充分釋放前期收縮應(yīng)力的目的。

 8)地下室側(cè)墻結(jié)構(gòu)拆模后應(yīng)及時(shí)回填土，以減緩墻體早、中期的裂縫發(fā)展。

 9)注意施工順序并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)溫度控制，力求與計(jì)算模擬一致，尤其要嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)的合龍溫度。

 10)結(jié)構(gòu)合龍后，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和保護(hù)，防止日光暴曬、氣溫驟降、積水結(jié)冰等惡劣條件的影響。

 11)選擇有相關(guān)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)的施工單位，并重視交底，確保以上各項(xiàng)措施落實(shí)到位。

5結(jié)語(yǔ)

 本文通過(guò)對(duì)上海某超長(zhǎng)商業(yè)建筑實(shí)際工程案例溫度應(yīng)力的分析，給出相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)措施和施工措施，在實(shí)際工程中取得良好的效果，可供類(lèi)似工程參考。