某現(xiàn)代物流配送中心超長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)分析及裂縫控制措施*

朱浩川, 肖志斌, 邵劍文, 童根樹(shù)

(1 浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州 310027；2 浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310027)

0 引言

隨著商品經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,與物流配送相關(guān)的大型中轉(zhuǎn)倉(cāng)儲(chǔ)類(lèi)建筑的應(yīng)用也越來(lái)越多。此類(lèi)建筑具有倉(cāng)儲(chǔ)量大、周轉(zhuǎn)率高、廣泛應(yīng)用數(shù)字化信息化運(yùn)輸技術(shù)等諸多特點(diǎn),對(duì)建筑結(jié)構(gòu)提出了嚴(yán)格要求:建筑需擁有大平面尺度和高大空間以滿足巨大的倉(cāng)儲(chǔ)需求;各類(lèi)自動(dòng)化信息化運(yùn)輸設(shè)備的頻繁使用,要求樓地面平整,運(yùn)行過(guò)程無(wú)顛簸,以保證運(yùn)輸精準(zhǔn)快捷。在建筑結(jié)構(gòu)中,較大的平面尺度將導(dǎo)致顯著的溫度效應(yīng)等問(wèn)題。工程上通常采用設(shè)置伸縮縫的方式,避免超長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因溫度應(yīng)力過(guò)大致使構(gòu)件開(kāi)裂,伸縮縫設(shè)置間距限值在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)[1](簡(jiǎn)稱《混規(guī)》)亦有明確規(guī)定。然而,因伸縮縫構(gòu)造形式限制,結(jié)構(gòu)在伸縮縫處采用柔性材料進(jìn)行連接,工程中尚無(wú)法避免形成樓面冷縫,高精度的自動(dòng)化運(yùn)輸設(shè)備在經(jīng)過(guò)伸縮縫時(shí)勢(shì)必因路面不平整而產(chǎn)生顛簸,導(dǎo)致行進(jìn)速度降低、預(yù)定路線偏離,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)疬\(yùn)輸物資傾覆,極大降低了周轉(zhuǎn)效率,無(wú)法滿足現(xiàn)代物流配送類(lèi)建筑的使用需求。如何在保證樓板連續(xù)性及平整度的基礎(chǔ)上,有效解決超長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)問(wèn)題,也成為此類(lèi)工程的關(guān)鍵所在。

本文以某現(xiàn)代物流配送中心實(shí)際工程為例,利用大型通用有限元軟件MIDAS Gen對(duì)超長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析,明確結(jié)構(gòu)溫差、模型簡(jiǎn)化和關(guān)鍵參數(shù)的確定原則,最后基于數(shù)值模擬及實(shí)際工程應(yīng)用提出有效的裂縫控制措施。

1 工程概況

本工程為浙江省紹興地區(qū)某現(xiàn)代物流配送中心,地下1層,地上3層,均為倉(cāng)儲(chǔ)中轉(zhuǎn)用房,工程實(shí)景見(jiàn)圖1。地下室為框架+混凝土側(cè)墻結(jié)構(gòu),平面尺寸為165.2m×260m,層高6.1m;地上為3層框架結(jié)構(gòu),各層層高7.5m,由兩個(gè)南北對(duì)稱的單體組成,單體平面尺寸155m×125m,間隔10m,一層為連續(xù)樓面(即地下室頂板),二層、三層通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)連廊將南北單體相連;結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)尺寸11m×11m,采用井字梁體系布置,主梁截面650mm×900mm,次梁截面300mm×800mm,縱橫向后澆帶間距約40m,結(jié)構(gòu)布置如圖2所示?；A(chǔ)采用鉆孔灌注樁+承臺(tái)+防水板形式,樁徑700mm,有效樁長(zhǎng)約40m,以中風(fēng)化凝灰?guī)r為樁端持力層。

圖1 工程實(shí)景圖

圖2 一層結(jié)構(gòu)平面布置圖

根據(jù)物流配送中心的建筑使用要求,本工程對(duì)樓板連續(xù)性及平整度有嚴(yán)格要求,無(wú)法設(shè)置伸縮縫,其縱向連續(xù)長(zhǎng)度達(dá)260m,遠(yuǎn)超《混規(guī)》不設(shè)縫長(zhǎng)度限值,為體型超長(zhǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)。本文對(duì)該工程溫度效應(yīng)有限元分析方法及裂縫控制措施進(jìn)行闡述。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算溫差

產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)的計(jì)算溫差主要由季節(jié)溫差和混凝土收縮當(dāng)量溫差兩部分組成,并應(yīng)計(jì)入材料收縮徐變、構(gòu)件開(kāi)裂剛度折減的影響[2-4]。

2.1 季節(jié)溫差

混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫主要由降溫工況下的收縮引起,使用期間結(jié)構(gòu)的降溫溫差可按下式計(jì)算[5]:

ΔTs=Ts,min-T0,max

(1)

式中:ΔTs為結(jié)構(gòu)降溫溫差;Ts,min為最低月平均溫度;T0,max為結(jié)構(gòu)最高初始平均溫度。

可以看出,若選擇在冬季最冷月份澆筑混凝土或閉合后澆帶,T0,max值較小,可較大程度避免結(jié)構(gòu)溫度裂縫產(chǎn)生。考慮本工程超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性,對(duì)后澆帶封閉時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制,禁止夏季炎熱季節(jié)閉合,設(shè)計(jì)時(shí)采用春季、秋季平均氣溫進(jìn)行計(jì)算。本工程地下室頂板即為建筑室內(nèi)一層樓面,無(wú)需考慮恒溫土層[2]對(duì)地下結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)的有利影響。

最終,季節(jié)溫差按式(1)進(jìn)行計(jì)算。本工程位于浙江省紹興地區(qū),緊鄰杭州市蕭山地區(qū),綜合考慮《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)[6]附錄E杭州地區(qū)數(shù)據(jù)及紹興地區(qū)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料,冬季平均氣溫為4℃。因所有樓面均處于室內(nèi)環(huán)境,適當(dāng)考慮建筑的保溫作用,Ts,min取為6℃。后澆帶封閉溫度T0,max取春、秋季較高月平均氣溫24℃,季節(jié)溫差ΔTs按式(1)計(jì)算值為-18℃。

2.2 混凝土收縮當(dāng)量溫差

混凝土收縮產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫的機(jī)理與季節(jié)溫差相同,是超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的重要因素之一。由于混凝土收縮本身較難進(jìn)行數(shù)值模擬,研究中通常將混凝土收縮應(yīng)變轉(zhuǎn)換為當(dāng)量溫差予以考慮,關(guān)系如下:

ΔTsh=-[εsh(∞)-εsh(t)]/α

(2)

εsh(∞)=3.24×10-4×M1M2…M10

(3)

εsh(t)=3.24×10-4×M1M2…M10×(1-e-0.01t)

(4)

式中:ΔTsh為混凝土收縮當(dāng)量溫差;εsh(∞)為混凝土最終收縮應(yīng)變;εsh(t)為后澆帶封閉時(shí)已完成的收縮應(yīng)變;t為后澆帶封閉時(shí)間,本工程取90d;α為混凝土線膨脹系數(shù),取1×10-5/℃[1];M1、M2、…M10為各修正系數(shù),采用文獻(xiàn)[7]推薦方法結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行取值,見(jiàn)表1。

表1 混凝土收縮當(dāng)量溫差參數(shù)取值

本工程各修正系數(shù)計(jì)算結(jié)果M1×M2…×M10=0.885 6。最終,εsh(∞)計(jì)算值為2.87×10-4,εsh(t)計(jì)算值為1.70×10-4,混凝土收縮當(dāng)量溫差ΔTsh計(jì)算值為-11.7℃。

2.3 材料收縮徐變和構(gòu)件開(kāi)裂剛度折減

溫度效應(yīng)屬于荷載長(zhǎng)期效應(yīng)。由于混凝土具有收縮徐變的特性,構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載作用下徐變變形不斷開(kāi)展,并產(chǎn)生應(yīng)力松弛,可有效降低超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)[8]。材料收縮徐變對(duì)溫度應(yīng)力的影響參數(shù)用應(yīng)力松弛系數(shù)表示,即徐變應(yīng)力與彈性應(yīng)力的比值,其隨時(shí)間變化取值可參考文獻(xiàn)[9],見(jiàn)表2。

表2 混凝土材料松弛系數(shù)

從表中結(jié)果可以看出,隨時(shí)間增長(zhǎng),松弛系數(shù)趨于0.283(約為0.3)。因此,考慮混凝土的徐變和應(yīng)力松弛影響后,由季節(jié)溫差和混凝土收縮當(dāng)量溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力降低為彈性應(yīng)力的30%,即計(jì)算溫差考慮材料收縮徐變的折減系數(shù)可取0.3。

混凝土材料在較大拉應(yīng)力作用下(降溫工況)會(huì)產(chǎn)生裂縫,構(gòu)件開(kāi)裂后剛度降低,可進(jìn)一步緩解結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)。然而,若在計(jì)算時(shí)采用非線性分析,考慮材料開(kāi)裂引起的構(gòu)件剛度變化,計(jì)算量巨大且結(jié)果難以控制。實(shí)際工程中可按彈性分析,并考慮構(gòu)件開(kāi)裂剛度折減系數(shù),文獻(xiàn)[10]通過(guò)比較分析,建議該折減系數(shù)取0.8。

綜合考慮材料收縮徐變和構(gòu)件開(kāi)裂剛度折減影響后,結(jié)構(gòu)的計(jì)算溫差ΔT應(yīng)按下式計(jì)算:

ΔT=0.3×0.8×(ΔTs+ΔTsh)

(5)

綜上,本工程各層樓板計(jì)算溫差ΔT按式(5)為0.24×(-18-11.7)=-7.1℃,將該值作為系統(tǒng)溫度荷載施加于整體結(jié)構(gòu)上,應(yīng)用于后續(xù)有限元分析。

3 有限元模擬關(guān)鍵參數(shù)

3.1 單元選取

在進(jìn)行有限元模擬分析時(shí),構(gòu)件單元類(lèi)型對(duì)模型的運(yùn)算效率和計(jì)算精確度有重要影響[11]?；诩扔醒芯砍晒蛯?shí)際工程經(jīng)驗(yàn),本文采用簡(jiǎn)化模型對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)進(jìn)行初步判斷,其中,樓板和剪力墻采用板單元模擬,框架梁和框架柱采用梁?jiǎn)卧M,單元網(wǎng)格大小取1 200mm×1 200mm。

3.2 樓層模型簡(jiǎn)化及樓面高差

本工程平面布置以縱向中心線呈南北對(duì)稱,為提高計(jì)算效率僅對(duì)北側(cè)結(jié)構(gòu)建模,并根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及工程實(shí)際情況進(jìn)行約束條件設(shè)置:一層樓面對(duì)稱軸處為連續(xù)樓板,約束邊界處Y向水平位移和繞X軸轉(zhuǎn)角(即Y=0,RX=0);二層、三層局部形成連廊,通過(guò)簡(jiǎn)支鋼梁連接,約束邊界處Y向水平位移(即Y=0);四層為屋面,南北兩樓無(wú)任何連接,邊界處不設(shè)置約束。

一層樓面對(duì)稱軸區(qū)域是一條寬度為10m的汽車(chē)通道,為滿足室外地面建筑構(gòu)造,該區(qū)域樓板較室內(nèi)樓面降低500mm,形成一道橫跨結(jié)構(gòu)的高差帶,如圖2陰影區(qū)域。連續(xù)樓板在結(jié)構(gòu)高差處劃分為高差樓面,邊界約束得到一定程度釋放,溫度效應(yīng)可顯著降低。因此在有限元分析時(shí),對(duì)本工程一層樓面高差按照實(shí)際情況建模,高差梁采用實(shí)體單元模擬,節(jié)點(diǎn)與樓面板單元節(jié)點(diǎn)耦合,如圖3所示。

圖3 高差樓面有限元建模示意圖(對(duì)稱模型)

3.3 基礎(chǔ)側(cè)向剛度

本工程基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,單樁直徑d=700m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。因樁基礎(chǔ)具有一定水平變形能力,結(jié)構(gòu)底部水平約束可采用彈簧模擬[12]。

結(jié)合地勘報(bào)告工程地質(zhì)條件,本文采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)[13]建議的m值法計(jì)算得到單樁平動(dòng)剛度KHH=1.44×104kN/m,再根據(jù)承臺(tái)實(shí)際布樁情況對(duì)結(jié)構(gòu)底部施加彈簧約束(水平向剛度為nKHH,其中n為柱底承臺(tái)對(duì)應(yīng)樁數(shù))。

3.4 有限元模擬結(jié)果

采用上述方法對(duì)本工程超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)進(jìn)行有限元模擬,各層樓板有效溫度應(yīng)力如圖4、圖5所示。

圖4 一層樓板有效溫度應(yīng)力/MPa

圖5 二層樓板有效溫度應(yīng)力/MPa

由圖4計(jì)算結(jié)果可以看出,一層樓板雖然在對(duì)稱軸處設(shè)有高差帶,但因其連續(xù)長(zhǎng)度過(guò)大,溫度效應(yīng)十分顯著,樓板有效溫度應(yīng)力在2.0MPa以上;因地下室外墻的約束較強(qiáng),結(jié)構(gòu)側(cè)邊及角部區(qū)域的有效溫度應(yīng)力較大,局部甚至達(dá)到4.0MPa以上,其應(yīng)力值遠(yuǎn)超混凝土材料抗拉強(qiáng)度,需進(jìn)一步采取措施以減弱超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng),避免溫度裂縫產(chǎn)生。

除一層樓板外,地上各層樓板溫度效應(yīng)均較弱,且溫度應(yīng)力水平逐層減小。以圖5所示二層樓板計(jì)算結(jié)果為例,該層有效溫度應(yīng)力整體處于0.25MPa以下,結(jié)構(gòu)側(cè)邊和角部雖略高但尚未超過(guò)0.5MPa,其原因在于:地上各層樓板約束主要來(lái)源于框架柱,其約束程度遠(yuǎn)低于地下室混凝土外墻,且一層樓面已完成大部分溫度收縮形變,致使地上各層溫度效應(yīng)并不顯著。鑒于二層、三層及屋面樓板的溫度應(yīng)力水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土抗拉強(qiáng)度,材料本身足以抵抗溫度效應(yīng)所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力而不致開(kāi)裂,故對(duì)地上各層不采取裂縫控制措施。

4 超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫控制措施

4.1 溫度效應(yīng)控制機(jī)理

傳統(tǒng)的溫度裂縫控制措施通過(guò)設(shè)置伸縮縫形成自由邊界,釋放樓板約束,減小樓板連續(xù)長(zhǎng)度,從而降低超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)。結(jié)構(gòu)設(shè)縫后為滿足建筑要求形成連續(xù)樓面,伸縮縫處尚需設(shè)置柔性材料進(jìn)行連接。此種方式雖然能降低超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng),但因其構(gòu)造形式限制,無(wú)法避免連接處兩側(cè)樓板差異,難以滿足現(xiàn)代物流配送類(lèi)建筑對(duì)樓面連續(xù)性和平整度的嚴(yán)格要求。

本文結(jié)合結(jié)構(gòu)平面布置特點(diǎn)提出“溫度變形槽”,該裂縫控制措施在保證樓板連續(xù)、樓面平整的基礎(chǔ)上,可對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)進(jìn)行有效控制,具體構(gòu)造方式為:在指定位置將同一柱跨內(nèi)框架主梁分為兩根設(shè)置,梁底由鋼筋混凝土樓板連接,槽內(nèi)采用憎水型膨脹珍珠巖制品或水泥砂漿回填找平,如圖6所示。在溫度效應(yīng)作用下,“溫度變形槽”兩側(cè)樓板因約束得到有效釋放產(chǎn)生面內(nèi)變形,溫度應(yīng)力得到有效釋放。經(jīng)分析此變形極小,僅在回填砂漿與框架梁接觸處形成細(xì)微裂縫。結(jié)構(gòu)采用此類(lèi)構(gòu)造措施,經(jīng)槽內(nèi)回填整平可使相鄰板面無(wú)明顯高差,細(xì)微裂縫對(duì)運(yùn)輸設(shè)備正常通行的影響微乎其微,足以滿足現(xiàn)代物流配送類(lèi)建筑對(duì)樓面平整度要求。且裂縫僅處于回填砂漿與框架梁接觸面,對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全及耐久性無(wú)任何不利影響。即使在以后使用過(guò)程中細(xì)裂縫有一定程度開(kāi)展,僅需采取簡(jiǎn)單的封閉處理即可恢復(fù)樓面平整度。

圖6 “溫度變形槽”構(gòu)造及變形特點(diǎn)

4.2 結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)上述原理,在超長(zhǎng)連續(xù)樓板上設(shè)置一定數(shù)量的“溫度變形槽”,將樓板劃分為長(zhǎng)度較短的若干區(qū)段。本工程構(gòu)件截面為:普通主梁截面650mm×900mm,變形槽兩側(cè)主梁截面為400mm×900mm,間距200mm;梁底連接樓板厚度為150mm,連接樓板橫向配筋適當(dāng)加強(qiáng)。

本工程平面尺寸為165.2m×260m,對(duì)稱軸所處板跨因地面行車(chē)要求,設(shè)置了一道高差為500mm橫向降板區(qū)域。綜合考慮結(jié)構(gòu)平面布置情況,設(shè)置縱向一條、橫向兩條“溫度變形槽”,間距約為60～70m,將連續(xù)樓板劃分為8個(gè)區(qū)域,見(jiàn)圖7(黑色粗實(shí)線為溫度變形槽,灰色陰影為結(jié)構(gòu)中部降板區(qū))。

圖7 一層樓板“溫度變形槽”布置

4.3 有限元分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化

結(jié)合結(jié)構(gòu)布置及“溫度變形槽”構(gòu)造特點(diǎn),本文在有限元模擬時(shí),將變形槽相關(guān)的框架柱、雙框架梁采用實(shí)體單元模擬,按構(gòu)件實(shí)際尺寸建模,實(shí)體單元網(wǎng)格劃分與整體結(jié)構(gòu)一致,并與周邊梁板單元節(jié)點(diǎn)耦合,如圖8所示。有限元模擬結(jié)果見(jiàn)圖9、10。

圖8 “溫度變形槽”梁柱構(gòu)件實(shí)體單元建模

由圖9計(jì)算結(jié)果可以看出,通過(guò)布置“溫度變形槽”,連續(xù)樓板被劃分為4個(gè)可獨(dú)立變形的區(qū)域(對(duì)稱半模型),各區(qū)域內(nèi)樓板有效溫度應(yīng)力約為1.3MPa,溫度效應(yīng)較未采取措施時(shí)降低35%以上;區(qū)域邊緣因框架梁柱節(jié)點(diǎn)約束形成應(yīng)力集中,局部溫度應(yīng)力約為2.3MPa;整體結(jié)構(gòu)側(cè)邊及角部因地下室外墻的約束較強(qiáng),有效溫度應(yīng)力水平仍然較高,達(dá)到3.0MPa以上,但其應(yīng)力值及分布范圍較未采取措施前均有較大程度改善,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)角部樓板配筋進(jìn)行加強(qiáng)。

圖10(a)為一層樓板X(qián)向溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,可以看出結(jié)構(gòu)被縱向“溫度變形槽”分割為東西兩個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域X向溫度呈中間大、東西兩邊小的變化趨勢(shì),樓板X(qián)向溫度應(yīng)力從中央部位約0.8MPa減小至兩側(cè)0.3MPa,低于混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,材料強(qiáng)度足以抵抗水平向溫度作用,無(wú)需因溫度效應(yīng)影響而增加X(jué)向樓板配筋。

圖10 設(shè)“溫度變形槽”的一層樓板溫度應(yīng)力/MPa

圖10(b)為一層樓板Y向溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,因結(jié)構(gòu)對(duì)稱性僅對(duì)平面對(duì)稱軸以北建模,圖中北側(cè)為結(jié)構(gòu)邊界,南側(cè)為降板區(qū)域并設(shè)置對(duì)稱約束條件?？梢钥闯?對(duì)稱模型被橫向“溫度變形槽”及對(duì)稱軸處高差帶劃分為兩個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域Y向溫度呈中間大、南北兩邊小的變化趨勢(shì),上部區(qū)域臨近結(jié)構(gòu)北側(cè)邊界,樓板溫度應(yīng)力約為1.0MPa;下部區(qū)域臨近結(jié)構(gòu)中部對(duì)稱軸,樓板溫度應(yīng)力略高,約為1.5MPa;東西兩側(cè)邊樓板受縱向地下室外墻的約束作用,邊跨樓板溫度效應(yīng)較強(qiáng),Y向溫度應(yīng)力約為2.0～2.5MPa,已接近混凝土材料抗拉強(qiáng)度,故設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)東西兩邊跨樓板Y向配筋進(jìn)行加強(qiáng);“溫度變形槽”相鄰板跨及對(duì)稱軸高差板帶區(qū)域有一定程度應(yīng)力集中現(xiàn)象,溫度應(yīng)力約為2.0MPa,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上述區(qū)域樓板Y向配筋亦適當(dāng)加強(qiáng),以抵抗超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng),避免裂縫產(chǎn)生。

4.4 框架梁溫度效應(yīng)及預(yù)應(yīng)力布置

通過(guò)布置“溫度變形槽”,連續(xù)樓板劃分為若干可獨(dú)立變形的區(qū)域,引起結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力重新分布。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果顯示,“溫度變形槽”兩側(cè)相鄰跨的框架梁在溫度效應(yīng)作用下產(chǎn)生較大拉力(1 000～2 000kN),約為其他區(qū)域框架梁拉力2～3倍。對(duì)稱軸位置高差板帶兩側(cè)縱向框架梁也因應(yīng)力重分布導(dǎo)致拉力較大。

本工程對(duì)縱向、橫向“溫度變形槽”及高差板帶兩側(cè)相鄰框架梁采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù),在梁腹板中部區(qū)域設(shè)置高強(qiáng)度低松弛鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼筋,同時(shí)增加腰筋配筋率,以控制溫度效應(yīng)下混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫。一層樓面預(yù)應(yīng)力框架梁布置如圖11黑色粗實(shí)線所示。預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)置數(shù)量根據(jù)有限元模擬得到的梁內(nèi)拉力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì),部分梁截面預(yù)應(yīng)力鋼筋配置見(jiàn)圖12,經(jīng)驗(yàn)算滿足《混規(guī)》相關(guān)要求。

圖11 一層樓板預(yù)應(yīng)力梁平面布置

圖12 預(yù)應(yīng)力梁截面構(gòu)造

本工程于2019年施工完畢,現(xiàn)已投入使用。通過(guò)合理布置“溫度變形槽”及預(yù)應(yīng)力框架梁,連續(xù)樓板被劃分為8個(gè)可獨(dú)立變形的區(qū)域,結(jié)構(gòu)連續(xù)長(zhǎng)度大大減小,溫度效應(yīng)得到有效控制,平面尺寸165.2m×260m的樓面未發(fā)現(xiàn)溫度收縮裂縫。與傳統(tǒng)措施相比,本文提出的“溫度變形槽”經(jīng)回填整平可使相鄰板面無(wú)明顯高差,能夠滿足現(xiàn)代物流配送類(lèi)建筑對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)不設(shè)縫、保證樓面平整度的嚴(yán)格要求。根據(jù)有限元分析結(jié)果,對(duì)指定區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)梁板進(jìn)行針對(duì)性加強(qiáng),有效避免溫度效應(yīng)影響下結(jié)構(gòu)因應(yīng)力集中、應(yīng)力重分布引起的不利影響,極大提高了材料的利用效率。

5 結(jié)論

(1)溫度效應(yīng)計(jì)算溫差由季節(jié)溫差和收縮當(dāng)量溫差組成,且應(yīng)考慮材料收縮徐變和構(gòu)件開(kāi)裂剛度折減;在進(jìn)行有限元模擬時(shí),尚應(yīng)計(jì)入樓面高差及基礎(chǔ)側(cè)向剛度的影響。

(2)多層超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu),首層樓面(即地下室頂板)溫度效應(yīng)較明顯,需采用一定控制措施防止溫度裂縫產(chǎn)生;除首層樓面外,地上各層樓面溫度應(yīng)力較小,混凝土材料強(qiáng)度足以抵抗因收縮變形所產(chǎn)生的應(yīng)力而不致開(kāi)裂,溫度效應(yīng)影響可以忽略。

(3)混凝土樓板溫度效應(yīng)呈中間大兩邊小的分布特征,墻柱等約束較強(qiáng)處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象;在結(jié)構(gòu)角部、地下室外墻范圍等溫度應(yīng)力較為集中的區(qū)域,設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)對(duì)樓板予以加強(qiáng)。

(4)本文提出的“溫度變形槽”,可在保證結(jié)構(gòu)不設(shè)縫的情況下對(duì)溫度效應(yīng)進(jìn)行有效控制。綜合結(jié)構(gòu)平面特點(diǎn)設(shè)置“溫度變形槽”,將連續(xù)超長(zhǎng)混凝土樓板劃分為若干獨(dú)立變形的區(qū)域,釋放邊界約束,樓板內(nèi)有效溫度應(yīng)力降低幅度可達(dá)35%以上。

(5)“溫度變形槽”引起結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力重新分布,導(dǎo)致相鄰跨的框架梁產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。本工程對(duì)相關(guān)范圍框架梁設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋并增加腰筋配筋率,以抵抗局部溫度效應(yīng),控制裂縫產(chǎn)生。