建筑超長結構設計要點分析

文/胡曉陽　湘潭市建筑設計院　湖南湘潭　411100

現階段，建筑行業(yè)快速發(fā)展，使得建筑結構形式更加多樣化，在實際應用中，超長無縫整體結構以及多層大跨結構被廣泛的應用。由于此類結構要求較為特殊，需要從設計到施工等全過程，采取相應的措施，嚴格按照國家相關標準，做好施工質量的把控。

1、建筑超長結構設計問題

在進行建筑超長結構設計時，要重點從以下問題入手：1）混凝土框架內部收縮。當出現收縮時，會產生巨大的拉應力，造成樓板裂縫問題；2）溫度變化的影響。受到溫度變化的影響，極易使得建筑內力變化。為有效的避免此問題，可采取設置變形縫措施，計算溫度應力。除此之外，還可以采取后澆帶技術或者施加預應力措施等，做好施工質量的把控。

2、建筑超長結構設計要點

2.1　溫差分析

由于自然環(huán)境的變化，會使得鋼筋混凝土結構產生溫度荷載，主要包括季節(jié)溫度、驟降溫度、日照溫差。在溫度荷載的作用下，受到穩(wěn)態(tài)溫度效應的影響，能夠起到控制建筑結構的作用。在進行建筑超長結構設計時，要合理計算結構溫差荷載，按照季節(jié)性溫差來計算，選擇日平均極限高溫或者結構成型時的溫差，作為荷載進行計算。按照30年一遇的標準，選擇極限日平均溫度，結構成型時的溫度，選擇月平均氣溫。

2.2　分析收縮當量溫差

進行超長結構設計時，可利用B3模型，來計算結構收縮與徐變模型。從計算效果來說，B3模型較為成熟，其計算結果能夠和實驗結果相互吻合。利用B3模型進行計算，隨著實踐變化，可采取極限收縮程度相關系數，來分析收縮應變，獲得標準極限收縮應變。

2.3　分析溫度影響下的框架內力

進行建筑超長結構設計時，主要分析溫度變化的影響，分析框架內力。為避免溫度變化對框架內力造成不利影響，可以采取對柱子，采取縱筋加強以及箍筋加密等措施，避免溫度作用，造成拉裂與剪切破壞。值得一提的是，對于梁板柱，均需要采取相應的措施，以減少溫度對框架內力的影響[1]。

3、建筑超長結構設計方案

3.1　工程案例

本工程為長順縣住房和城鄉(xiāng)建設局開發(fā)的長順縣康養(yǎng)綜合體建設項目，位于貴州省

長順縣，單體總尺寸為136.6×90.00米，地上兩層，主體高度為19.00米。本工程采用現澆鋼筋混凝土框架結構體系，屋面為鋼框架結構體系。本工程抗震設防烈度為6度，框架抗震等級為三級，本工程采用PKPM系列軟件PMSAP（V3.1.5版）進行結構計算分析。

3.2　溫差取值

長順縣屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，年均溫13.5-18.5℃，根據《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009—2012) ，長順縣基本氣溫為：月平均最低氣溫-3℃，月平均最高氣溫32℃。由于混凝土的熱惰性，短時間內的溫度變化不會對結構產生很大影響，溫差的值主要由月平均溫度控制，使用階段室內溫度介于15～25℃之間(本工程已設置中央空調)，本工程考慮全樓節(jié)點正負20℃溫差進行計算。

3.3　結構計算

3.3.1整體計算：本工程樓板均設定為彈性膜，考慮溫度作用的影響條件下計算內力，并根據有限元分析結果判斷樓板應力是否滿足混凝土抗拉要求。

3.3.2計算結果分析。

1.樓板應力分析

PMSAP整體模型軸測圖

結構平面布置

降溫情況下樓板x.y向板單元應力，樓層拉應力在0.5-4.0MPa,在洞口周圍以及建筑物外圍拉應力較大；升溫情況下在洞口周圍拉應力較大，故本工程并對洞口周邊以及建筑物外圍結構板加厚，且本工程全樓樓板配置雙層雙向鋼筋并加大樓板配筋率抵抗溫度應力。

2.框架梁應力分析

樓層框架梁在溫度作用下的軸向應力，降溫時框架梁的軸向最大拉力為602KN,故對工程樓層框架梁增大抗扭腰筋配筋率并適當增大框架梁的通長鋼筋抵抗溫度應力。

3.框架柱應力分析

經過計算樓層框架柱受溫度作用下在洞口周圍以及建筑物外圍框架柱X,Y方向Mx=360kN·m、My=440kN·m，故增加該部位框架柱截面并驗算配筋。

小結：

本工程主體結構單體尺寸為136.6×90.00米左右，均未再設置變形縫斷開。為解決溫度應力對結構的影響，計算時均將樓面定義為彈性板并考慮全樓節(jié)點正負20度溫差進行計算，合理考慮溫差對結構主體的影響，并根據有限元分析結果判斷樓板應力是否滿足混凝土抗拉要求，對于應力較大處采取加厚板截面、加大配筋等方式抵抗溫度應力；并采取設置后澆帶及膨脹加強帶并在本工程全樓混凝土摻入外加劑等措施從構造上減小溫度應力的影響。

結語：

綜上所述，在建筑超長結構設計時，要做好綜合分析，借助工程設計軟件，做好計算分析，制定設計方案。需要注意的是，進行超長結構設計，要提出應變作用力控制措施，以確保結構施工質量。

參考文獻：

[1]趙宏康,戴雅萍,陳磊,朱文學,王開華,邵建中,丁磊,李莉,謝超.揚州體育公園體育場結構設計綜述[J].建筑結構,2013（4320）:11-16.

[2]胡洋,杜彥凱,靳衛(wèi)恒,劉學春.人民日報社報刊綜合樓索網幕墻預應力設計與施工研究[J].建筑結構,2017（4705）:93-97.