超長框架－剪力墻結(jié)構(gòu)溫度作用分析

蔡佩宏 徐建春

（1.中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省輕紡設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

本工程為公寓式辦公建筑，地上22層，建筑面積2.4萬m2，結(jié)構(gòu)總高度97.8m，結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，平面尺寸長度約為68m，超出規(guī)范框剪結(jié)構(gòu)不大于50m的規(guī)定，屬于超長結(jié)構(gòu)。

2 溫度作用分析

本工程溫度應(yīng)力計(jì)算采用Midas Gen軟件。分析時(shí)全層樓板采用彈性膜假定。溫度作組合值系數(shù)取0.6。有溫度參與的荷載組合工況如下：

1.2DL±1.4TL；1.2DL+1.4LL±1.4x0.6TL；1.2DL+1.4LL±1.4x0.6WL±1.4x0.6TL

1.2DL+1.4x0.7LL±1.4x0.6TL±1.4WL；1.2DL+1.4x0.7LL±1.4TL±1.4x0.7WL

2.1 溫差效應(yīng)確定

由于混凝土的熱惰性，短時(shí)間的溫度變化不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響。溫差溫度計(jì)算主要考慮季節(jié)溫差和混凝土收縮當(dāng)量溫差。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及長沙市氣象資料考慮實(shí)際施工合攏時(shí)間，選取結(jié)構(gòu)后澆合攏時(shí)機(jī)是春秋季節(jié)，五日平均氣溫不高于15℃。長沙全年日均最高氣溫、日均最低氣溫及溫差見下表：

部位合攏溫度（℃）最高氣溫（℃）最低氣溫（℃）升溫差（℃）降溫差（℃）上部結(jié)構(gòu)15 34 2 19-13

混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)的定量計(jì)算可參考《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用的是歐洲混凝土協(xié)會(huì)（CEB）和國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（FIP）建議的“CEB-FIP方法”。一般考慮收縮的影響，對(duì)于整體澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于降溫15℃。

2.2 混凝土綜合溫差計(jì)算

由于混凝土收縮應(yīng)力是一個(gè)長期的過程，混凝土的徐變特性對(duì)收縮溫度應(yīng)力均有一定的有利作用。本工程混凝土收縮徐變應(yīng)力松弛系數(shù)取φ0=0.4。彈性計(jì)算中沒有考慮混凝土開裂后剛度下降的影響，在進(jìn)行溫度分析時(shí)，可適當(dāng)降低構(gòu)件剛度來考慮開裂后剛度下降的影響。結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性剛度折減系數(shù)α取0.85。混凝土綜合降溫差△T=αφ0(△T1+△T2)，則有綜合降溫差△T=0.85×0.4×（-13-15）=-9.5℃；混凝土綜合升溫差△T=αφ0△T1，則有綜合升溫差△T=0.85×0.4×19=6.5℃。

2.3 樓板溫度作用分析

由于升溫過程混凝土受壓應(yīng)力，樓板分析時(shí)，僅考慮降溫不利影響。本工程的層數(shù)較多，且溫度拉應(yīng)力最大發(fā)生在最底層，挑選了三層樓板、七層樓板。溫度作用分析采用MIDAS，樓板采用彈性板假定，網(wǎng)格劃分最大為0.5×0.5m，添加系統(tǒng)溫度工況。

可以看出大部分樓板的應(yīng)力在2.01MPa之內(nèi)，均沒有超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；樓板在靠近四個(gè)建筑角點(diǎn)部位出現(xiàn)了應(yīng)力集中，這些部位中有極小的區(qū)域出現(xiàn)了應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值致使樓板有開裂的情況，樓板開裂后則由鋼筋承擔(dān)溫度應(yīng)力，根據(jù)溫度荷載組合工況，溫度應(yīng)力參與的組合值系數(shù)1.4×0.6TL。在溫度作用分析的基礎(chǔ)上，考慮溫度應(yīng)力雙層附加的鋼筋用量。當(dāng)2.7MPa時(shí)，100厚板每米附加鋼筋用量為315mm2；120厚板378mm2；150厚板472.5mm2。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)將綜合考慮構(gòu)造鋼筋利用率進(jìn)行附加鋼筋設(shè)置。

圖1 三層板溫降工況應(yīng)力云圖（sig-eff）

圖2 七層板溫降工況應(yīng)力云圖（sig-eff）

可以看出溫度對(duì)七層樓板的作用相對(duì)于對(duì)三層樓板的作用進(jìn)一步下降，出現(xiàn)極少部位出現(xiàn)了應(yīng)力較大的情況，絕大部分區(qū)域樓板應(yīng)力均非常小?？梢院雎詼囟葘?duì)其樓板的作用。

3 結(jié)論

通過對(duì)三層及七層樓板應(yīng)力對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)四個(gè)角點(diǎn)處，均出現(xiàn)了應(yīng)力過大的情況，所以考慮對(duì)全樓此部位的樓板均加強(qiáng)配筋。為減少溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，構(gòu)造上也采用了以下措施：1）設(shè)置后澆帶；2）要求嚴(yán)格按規(guī)范控制泵送商品混凝土的水膠比及粉煤灰摻量（不大于15%水泥用量），減小混凝土輸送泵以及施工材料運(yùn)輸對(duì)樓板的直接震動(dòng)影響；3）要求混凝土須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，覆蓋養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7天；4）在剪力墻筒角處附近的樓板以及細(xì)腰部位處的樓板均雙層雙向布筋。