超長(zhǎng)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)的溫差效應(yīng)計(jì)算分析

吳穎

【摘要】以長(zhǎng)沙某經(jīng)開(kāi)區(qū)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房為實(shí)際工程背景，采用有限元計(jì)算方法對(duì)整體結(jié)構(gòu)溫差效應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算分析;通過(guò)結(jié)合對(duì)溫差應(yīng)力的計(jì)算與超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)常規(guī)溫度裂縫的控制方法，以期對(duì)往后量大面廣的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】超長(zhǎng)結(jié)構(gòu);溫度應(yīng)力;后澆帶;膨脹帶

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

18.

1、工程概況

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)類(lèi)建筑功能的實(shí)際需求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜，200～300m的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)層出不窮，而目前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)規(guī)范并未對(duì)溫度作用的計(jì)算方法并未予以明確，通常都是采用構(gòu)造措施、施工措施、材料措施等加以控制。

本文以長(zhǎng)沙某經(jīng)開(kāi)區(qū)多層標(biāo)準(zhǔn)廠(chǎng)房為工程背景，對(duì)其溫差效應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算分析。該廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為198.0m，寬度為81.6m，由于工藝需求不設(shè)結(jié)構(gòu)縫，樓蓋采用X向單向板布置，計(jì)算軟件為YJK 2.0.3。

2、結(jié)構(gòu)溫差效應(yīng)的計(jì)算分析

2.1參數(shù)設(shè)置

結(jié)合長(zhǎng)沙地區(qū)的氣候條件及以往類(lèi)似工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)將整樓溫差設(shè)置為±25°;根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，降溫工況下的變形與混凝土收縮時(shí)的變形是一致的，二者疊加之后對(duì)混凝土的開(kāi)裂更為不利，故本文中主要分析降溫工況下應(yīng)力的分布情況;同時(shí)，在YJK 2.0.3前處理中將全樓樓蓋均定義為彈性板6，且整個(gè)計(jì)算過(guò)程只考慮溫度作用下的單工況，而不考慮其余恒活荷載及整體結(jié)構(gòu)的自重。

2.2結(jié)果分析

降溫單工況下，二三層樓板X(qián)、Y向溫度應(yīng)力分布云圖見(jiàn)圖1～4，由圖可知，二層樓蓋X向溫度應(yīng)力呈中間大，兩側(cè)小的趨勢(shì)，中間區(qū)域最大溫度應(yīng)力達(dá)到了1.0～1.5N/mm2。同時(shí)，在樓梯間與設(shè)備井道開(kāi)洞區(qū)域由于應(yīng)力集中的影響，溫度應(yīng)力進(jìn)一步增加。二層樓蓋Y向長(zhǎng)度較短，其溫度應(yīng)力較X向更小，數(shù)值大概在0.2～0.5N/mm2的范圍之間分布且呈現(xiàn)出更均勻的趨勢(shì)。三層樓蓋的溫度應(yīng)力分布情況，與二層基本相同，但數(shù)值大幅降低。其中，X向中間區(qū)域溫度應(yīng)力大概在0.1～0.2N/mm2范圍之間，Y向較之更小。分析其原因，大概是由于隨著樓層高度的增加，框架柱對(duì)整體樓蓋的約束會(huì)越小，則樓蓋的溫度應(yīng)力也就會(huì)越小。限于文章篇幅的限制，未對(duì)四層及屋面層的溫度應(yīng)力分布云圖列于文中，通過(guò)計(jì)算得到的結(jié)論是到屋面層降溫工況下溫度應(yīng)力幾乎為0，而這與上述原因分析中溫度應(yīng)力的變化趨勢(shì)是一致的。通過(guò)對(duì)以上溫度應(yīng)力的分析，后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可根據(jù)溫度應(yīng)力的分布情況配置相應(yīng)的溫度鋼筋，考慮到該結(jié)構(gòu)X、Y雙向均超長(zhǎng)，樓蓋中的板鋼筋采用雙層雙向的布置。

3、構(gòu)造措施及施工手段

本工程設(shè)計(jì)時(shí)，除了在溫差效應(yīng)計(jì)算分析的基礎(chǔ)上附加了溫度鋼筋外，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，還應(yīng)該采取以下的構(gòu)造措施及施工手段：

（1）設(shè)置施工后澆帶，后澆帶的間距宜為50m左右，各后澆帶之間也可適當(dāng)增設(shè)一定數(shù)量膨脹加強(qiáng)帶。后澆帶應(yīng)在結(jié)構(gòu)封頂后2月左右封閉，封閉時(shí)應(yīng)將混凝土表面鑿毛，再采用高一等級(jí)的混凝土澆筑。

（2）建筑物的端部、樓梯間及開(kāi)洞區(qū)域在做建筑地面時(shí)可增設(shè)部分鋼筋網(wǎng)片抗裂，同時(shí)適當(dāng)加密梁中的抗扭鋼筋與腰筋。

（3）采用水化熱較低且凝固時(shí)間長(zhǎng)的水泥，同時(shí)還可以摻加緩凝劑、減水劑以用來(lái)降低水化熱，減少水泥用量和水灰比。

（4）施工期間應(yīng)采用合理的施工組織設(shè)計(jì)，如采用跳倉(cāng)法工藝施工，同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，施工措施是重中之重，養(yǎng)護(hù)和溫度控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

結(jié)語(yǔ)：

在超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中溫度裂縫是常見(jiàn)的施工質(zhì)量通病，應(yīng)引起設(shè)計(jì)及施工單位的重視。通常對(duì)溫度應(yīng)力的控制，會(huì)從多方面考慮。設(shè)計(jì)階段應(yīng)選用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行溫差應(yīng)力計(jì)算，合理配置溫度鋼筋。同時(shí)，還應(yīng)合理布置后澆帶及膨脹加強(qiáng)帶，這是避免收縮裂縫的有效措施。施工階段應(yīng)選用低水化熱的混凝土材料，制定嚴(yán)格的溫度控制專(zhuān)項(xiàng)施工方案。