超長混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與技術(shù)措施

李文瑞

(晉城市建筑設(shè)計院，山西晉城 048026)

0 引言

隨著社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展，各類公共建筑中超長混凝土結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，此類建筑由于功能需要或其他原因，超過GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中表8.1.1的長度而不設(shè)伸縮縫，此時應(yīng)該考慮溫度變化和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響，采取相應(yīng)的措施。

1 溫度作用

1.1 溫度作用屬于非荷載效應(yīng)的范疇

非荷載效應(yīng)是指由于混凝土徐變、收縮、結(jié)構(gòu)溫度變化、地基差異沉降等非直接荷載作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形及由此因變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的約束力的效應(yīng)。

1.2 溫度作用的構(gòu)成

溫度作用是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)的溫度的變化，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件任意截面上的溫度分布，一般認(rèn)為可以由三個分量疊加組成:

1)均勻分布的溫度分量。

2)沿截面線性變化的溫度分量(即梯度溫差)。

3)沿截面非線性變化的溫度分量。

1.3 溫度作用的設(shè)計簡化

建筑結(jié)構(gòu)的溫度作用通常都是由上述三分量疊加后的共同作用，其中均勻溫度作用對結(jié)構(gòu)影響最大，均勻溫度作用的取值及結(jié)構(gòu)分析方法較為成熟，也是設(shè)計時最?？紤]的。對梯溫度作用和非線性溫度作用的取值及結(jié)構(gòu)分析目前尚無較為成熟統(tǒng)一的方法。因此，現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》僅對均勻溫度作用做出規(guī)定，其他情況由設(shè)計人員酌情處理。目前常用的PKPM系列軟件中有關(guān)溫度作用的分析、計算也僅針對均勻溫度作用。

1.4 溫度作用對于結(jié)構(gòu)的影響

1)以結(jié)構(gòu)的初始溫度(合龍溫度)為基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)的溫度作用效應(yīng)要考慮溫升(膨脹)和溫降(收縮)兩種工況。2)溫度作用通常具有周期性、伴隨建筑結(jié)構(gòu)使用壽命終生。

2 混凝土收縮

1)混凝土在空氣中硬化時其體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下因體積變化而產(chǎn)生的變形。通常認(rèn)為混凝土收縮是由凝膠體本身的體積收縮(凝結(jié))和混凝土因失水產(chǎn)生的體積收縮(干縮)組成。

2)混凝土收縮在結(jié)構(gòu)中僅存在收縮一種工況狀態(tài)，且收縮在結(jié)構(gòu)早期發(fā)展較快，以后逐漸減慢，整個收縮過程可延續(xù)兩年以上，相對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限、混凝土收縮作用影響較大的時間較短。

3)混凝土收縮受結(jié)構(gòu)周圍溫度、濕度、構(gòu)件斷面形狀及尺寸，混凝土配合比、骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、配筋情況，混凝土振搗及養(yǎng)護(hù)條件等多種因素的影響，要精確計算尚有一定困難，設(shè)計時通常以提出施工要求及采取各種構(gòu)造措施進(jìn)行處理。由于一般混凝土結(jié)構(gòu)的溫度場，混凝土收縮等隨時間變化等因素難以準(zhǔn)確量化，混凝土收縮徐變的彈塑性特征及收縮裂開后構(gòu)件剛度的變化等因素使精確計算難以實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)際工程設(shè)計時常以概念設(shè)計，技術(shù)措施結(jié)合輔助計算進(jìn)行處理。

3 混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)對溫度作用、混凝土收縮作用的概念設(shè)計

3.1 “防”

1)在一定長度范圍內(nèi)用變形縫將混凝土結(jié)構(gòu)分割成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，減小溫度作用、收縮作用的影響。

2)加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)體系的隔熱保溫措施，減小短時溫度變化的影響。

3)施工過程中，在結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置設(shè)后澆帶，控制后澆帶合龍溫度，以減小收縮作用的影響。

4)合理布置結(jié)構(gòu)剛度，如:框—剪結(jié)構(gòu)中縱向剪力墻盡量避免設(shè)在縱向(長向)端開間，以避免由于溫度作用、收縮作用在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。

3.2 “放”

采用滑動支座等多種形式，放松對桿件的約束，使其在溫度作用、收縮作用情況下能夠在一定范圍內(nèi)自由伸縮，桿件內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生由于溫度、收縮作用引起的附加應(yīng)力，比較經(jīng)濟(jì)，常見于橋梁結(jié)構(gòu)中，房屋建筑中不常見。

3.3 “抗”

在一定分析計算的基礎(chǔ)上采取增大結(jié)構(gòu)剛度，加大配筋，必要時采取設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋等措施、抵抗結(jié)構(gòu)中由于溫度、收縮作用產(chǎn)生的附加應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂性能。

4 超長混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)對溫度作用、混凝土收縮作用常用的技術(shù)措施

1)設(shè)計措施及效果見表1。

表1 設(shè)計措施及效果匯總表

2)施工措施，包括施工材料要求和工藝要求。

a.控制混凝土的強(qiáng)度值，要求施工完成后的混凝土強(qiáng)度不大于設(shè)計強(qiáng)度的1.2倍。

b.為降低混凝土水化熱采用礦渣水泥配置大體積混凝土。

c.配置混凝土的骨料含泥量控制在1%～1.5%。

d.混凝土配合比中摻加粉煤灰和礦粉，降低水泥用量，降低水灰比。

e.嚴(yán)格控制混凝土的坍落度為(140±20)mm。

f.制定混凝土養(yǎng)護(hù)保濕措施，拆模后混凝土周圍環(huán)境相對濕度達(dá)80%以上。

g.混凝土施工后澆帶的合龍溫度為10℃～15℃，盡可能低溫合龍。

本人認(rèn)為:“低溫合龍”使得完工后混凝土主要處在“脹”的狀態(tài)，更好的發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的作用，同時減小水化熱和混凝土收縮的影響。

5 工程實(shí)例

某商業(yè)綜合體裙房4層，地下部位最大不設(shè)縫結(jié)構(gòu)尺寸約113 m×223 m，地上部分最大不設(shè)縫結(jié)構(gòu)尺寸約107 m×210 m，結(jié)構(gòu)形式為框—剪，為超長混凝土結(jié)構(gòu)。方案設(shè)計時，按規(guī)范要求結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件建立了溫度場，采用ANSYS與SATWE軟件進(jìn)行了溫度應(yīng)力分析，在分析的基礎(chǔ)上比較了剪力墻不同布置方式對結(jié)構(gòu)中溫度應(yīng)力和變形的影響，對于剪力墻布置進(jìn)行了優(yōu)化。

施工圖設(shè)計時采取了前述多條技術(shù)措施，目前該項(xiàng)目已通過施工圖審查，正在建設(shè)過程中。

［1］GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［2］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］劉小紅.概念設(shè)計在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2013，39(2)：33-34.

［4］TAT多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計軟件(薄壁柱模型)［Z］.

［5］束偉農(nóng).深圳寶安國際機(jī)場T3航站樓結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2013(25)：121-122.