超長結(jié)構(gòu)的溫度作用設(shè)計(jì)

季保建

摘 要：本文針對一個實(shí)際超長結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行溫度作用設(shè)計(jì)，通過驗(yàn)算結(jié)構(gòu)裂縫寬度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給其他設(shè)計(jì)人提供參考。

關(guān)鍵詞：溫度作用；超長結(jié)構(gòu)；裂縫

0 引言

近年來，隨著建筑市場的發(fā)展，業(yè)主對結(jié)構(gòu)的使用要求有所提高，特別是對地下車庫、地上的醫(yī)技中心，如果按規(guī)范設(shè)置伸縮縫，后期使用時會經(jīng)常發(fā)生漏水的現(xiàn)象，還有由于結(jié)構(gòu)的溫度收縮變形會在伸縮縫處有個很不美觀的縫隙，這對結(jié)構(gòu)的后期使用非常不利。但由于每個區(qū)域的氣候不同，溫差取值不同，并且混凝土結(jié)構(gòu)的收縮徐變影響對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，但是規(guī)范沒有給出確切的系數(shù)，因此審查標(biāo)準(zhǔn)不一，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了困難。

1 工程概況

本工程為營口地區(qū)的一個溫泉療養(yǎng)院，地上X方向長度為98米，屬于超長結(jié)構(gòu)，模型如圖1所示。

本項(xiàng)目為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，地上6層，地下1層，，各樓層均采用主次、梁樓蓋體系。梁、板、柱、墻的材料均為混凝土。圖2顯示了地下一層頂板的洞口布局。

2 溫差取值

2.1 施工階段的溫差效應(yīng)

由于本工程在施工時期，采取后澆帶的方法把結(jié)構(gòu)分成幾個部分，再澆筑后澆帶之前結(jié)構(gòu)不屬于超長結(jié)構(gòu)，因此不考慮施工階段的溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響。3.2使用階段的溫差效應(yīng)在使用階段，室內(nèi)外存在一定的溫差。但結(jié)構(gòu)的隔熱措施很好，因而結(jié)構(gòu)外圍構(gòu)件受室外溫度的影響不大，可以認(rèn)為，室內(nèi)、外溫差不會通過改變四周構(gòu)件的溫度對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

2.2 施工階段到使用階段之間的溫差

進(jìn)行溫度作用設(shè)計(jì)主要為這個時期的溫差。溫差的確定由以下幾點(diǎn)：1.后澆帶合攏時在10月份，溫度在10℃左右（t1）；2.結(jié)構(gòu)在進(jìn)入冬季前進(jìn)行采暖措施，室內(nèi)溫度能控制在0℃以上（t2）；3.混凝土當(dāng)量溫差（t3）。根據(jù)王鐵夢等資料，現(xiàn)澆混凝土的收縮最終應(yīng)變達(dá)3.24*10-4。地上兩層后澆帶合攏時已施工完成150天，?TS=ε/a=0.81*10-4/1*10-5=8.1℃。三層到六層由于后澆帶合攏時已施工完成120天，?TS=ε/a=0.972*10-4/1*10-5=9.72℃。由于計(jì)算時基礎(chǔ)按固定支座，實(shí)際上基礎(chǔ)和土體之間是有滑移的，因此溫度乘以0.8的折減系數(shù)，（這個系數(shù)的取值為經(jīng)驗(yàn)取值）。上述各溫差均由緩慢的溫度變化產(chǎn)生，通過對變形的約束使構(gòu)件受力，可以考慮混凝土的徐變應(yīng)力松弛特性。作為簡化計(jì)算，松弛系數(shù)根據(jù)有關(guān)參考文獻(xiàn)[1]的建議，取為0.3。計(jì)算時，將彈性計(jì)算的溫差內(nèi)力乘以松弛系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值。得：?T=（t2-t1-t3）*0.8*0.3。

綜合以上幾點(diǎn)，地下室計(jì)算溫差取-3.6℃。地上兩層溫差取-4.34℃。三層到六層溫差取-4.73℃。

3 樓板溫度作用設(shè)計(jì)

溫度設(shè)計(jì)的主要目的是控制結(jié)構(gòu)的裂縫寬度，因此，設(shè)計(jì)樓板時的主要任務(wù)為在準(zhǔn)永久組合情況下的裂縫計(jì)算。計(jì)算裂縫的設(shè)計(jì)值S=1.0*恒荷載+0.5*活荷載+0.4*溫度荷載。樓板應(yīng)力分析圖4所示，為一層樓板X向應(yīng)力分布情況。從程序分析中可以看到，溫度作用下樓板應(yīng)力較大處發(fā)生在邊角柱邊以及樓板洞口附近。最大拉應(yīng)力發(fā)生在結(jié)構(gòu)右上角為13MPa，樓板洞口削弱的最大應(yīng)力發(fā)生洞口角處板頂為4.7MPa，絕大部分樓板應(yīng)力為1.3MPa左右。一層板配筋采用雙層雙向配筋，因?yàn)閄方向超長，局部應(yīng)力大的地方，例如下圖標(biāo)注的地方，配16@150鋼筋。

二層樓板X向應(yīng)力分布情況，應(yīng)力值比一層樓板小很多。最大拉應(yīng)力發(fā)生在結(jié)構(gòu)右下角為3.9MPa，大洞口上側(cè)應(yīng)力在1.0MPa左右，大洞口下部應(yīng)力為1.7MPa左右，大洞口左邊應(yīng)力為0.3MPa左右，大洞口右邊為0.2MPa左右。因此我們在配置二層板配筋時，X方向負(fù)筋全部通長配置，以抵消溫度應(yīng)力。在溫度應(yīng)力大的地方配筋加大，如結(jié)構(gòu)的右下角，配置了12@200的通長鋼筋。

樓板裂縫復(fù)核計(jì)算。截面形式：矩形；板厚度h=180mm；取寬度b=1000mm，受力狀態(tài)：偏拉構(gòu)件受力特征系數(shù)αcr=2.4；恒荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值MGk=6kN·m；活荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值Mqk=5kN·m；溫度應(yīng)力對截面產(chǎn)生的軸力標(biāo)準(zhǔn)值NTk=σ*b*h=700kN，由溫度荷載控制裂縫，因此設(shè)計(jì)值M=8.5（kN·m）N=700*0.4=280kN，混凝土強(qiáng)度等級：C30；混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.01N/mm2，縱筋等級：HRB400；鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=400N/mm2，混凝土Ec=30000N/mm2；（1）鋼筋Es=200000N/mm2，混凝土保護(hù)層c=15mm，受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面近邊的距離as=20mm，受壓鋼筋合力點(diǎn)至截面近邊的距離as'=20mm，受拉縱筋面積As=1333mm2，受拉縱筋等效直徑deq=16.00mm。裂縫計(jì)算等效應(yīng)力σsk=150N/mm2：e'：e'=h/2-a'+Mk/Nk=100mm；（2）ρte=As/Ate=0.0278受力狀態(tài)為偏拉；（3）ψ：=0.787；（4）等效直徑deq=18.00mm，ωmax=0.106m；（5）驗(yàn)算：0.106<[ωmax]=0.30mm，滿足。根據(jù)以上分析和計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)中樓板通過一定的加強(qiáng)措施，可以抵御溫差和收縮的非荷載效應(yīng)的影響，尤其是加強(qiáng)邊角柱及樓板洞口附近的板配筋，效果明顯。

4 結(jié)論

對于憶江南溫泉療養(yǎng)院X方向平面超長結(jié)構(gòu)，但經(jīng)過多方面的綜合考慮，結(jié)構(gòu)沒有設(shè)置伸縮縫，由此給建筑效果、結(jié)構(gòu)布置及使用功能等都帶來了很大好處。通過溫差和混凝土長期收縮等非荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)影響的分析，可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)不設(shè)縫的方案是完全可行的。

為減少和抵御非荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的不利影響，我們采取了設(shè)后澆帶、增加構(gòu)造配筋等各種對策和措施，從實(shí)際情況及計(jì)算過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)來看，這些對策和措施是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鐵夢《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[2] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.GB50009-2012北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4] 樊小卿《溫度作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報.1999.04.