郭 维 维

(晋城市建筑设计院，山西 晋城 048000)

某超长结构分析与设计

郭 维 维

(晋城市建筑设计院，山西 晋城 048000)

结合工作经验,对某超长结构体系的主要问题进行了分析,通过建立温度场,计算了结构的温度应力和设计方法，并提出了应该注意的设计问题和相应的措施，为类似工程设计提供参考。

超长结构,温度应力,剪力墙,楼板

1 工程概况

拟建建筑位于山西省晋城市，总建筑面积约10.1万m2。各区单体平面关系如图1所示,整体效果图如图2所示。

A区为美食中心，B区为农产品交易中心，C区为商业综合体。D区为综合写字楼，D′区为综合写字楼的裙房。

A,B,C三个区在标高5.500 m连成整体，标高5.500 m以上脱开，形成大底盘多塔结构。建筑物地下部分的最大轴线尺寸约113 m×223 m。地面以上部分一层的最大轴线尺寸约为107 m×210 m。

各结构单体的建筑层数、使用功能等信息见表1。

表1 各结构单体的建筑层数、使用功能表

2 结构体系的主要问题

由于结构的南北向的长度超常，混凝土结构的温度影响成为一个不容忽视的问题：

本工程中建筑物地下部分的最大轴线尺寸约为113 m×223 m。地面以上部分的最大轴线尺寸约为107 m×210 m。远超过表中数值。故温度应力问题成为本工程设计的重点与难点。

3 温度场的建立

温度应力应重视概念设计，由于建筑结构出现的温度变化主要是均匀的普遍温差作用，所以目前的温度应力计算中，只考虑构件内外温差的平均值比构件原始温度高(低)时造成的伸长(缩短)效应。

建筑结构温度场的初始温度，温度场建立的温度即建筑结构温度场的初始温度，主要是指以下两种状态：

1)施工阶段：主体结构完成后，未作内外装修和围护结构，结构全部处于通透状态时的温差造成的内力，属于施工阶段。

2)正常使用阶段：外墙围护结构已经施工，室内不安装空调而处于自然通风状态时的温差造成的内力；或外墙围护结构已经施工，室内安装空调恒温状态时的温差造成的内力。

建筑结构温度场的初始温度一般取混凝土形成整体时的温度(如后浇带封带后的月平均温度)，是一个温度区间的等效温度(即后浇带混凝土在强度形成过程中的等效温度)。

结构温度场的初始温度取结构后浇带封带温度为15 ℃～20 ℃。

地下室按上部结构温差的1/2计算。

4 温度应力的计算模型

1)温度对构件的影响是不均匀的，但现有程序在温度应力的计算过程中，假定建筑结构处在一个均匀的温度场中，建筑结构中的所有构件同时处在同样的升温或降温的环境中，这种均匀膨胀或收缩的温度作用模式，比较适合于钢结构，而对实心混凝土结构计算的温度应力偏大。

2)温度应力计算时，应采用弹性楼板模型，结构设计时，应特别注意对平面纵向端部框架柱柱端内力和配筋的检查，注意对平面端部横向剪力墙的核查。

3)目前，程序按线弹性理论计算结构的温度效应。由于温度内力来源于温差变形受到约束，因变形受到约束产生的应力，对于钢筋混凝土结构，则应当考虑到徐变应力松弛特性的非线性因素，实际的温度应力将小于按弹性计算的结果，实际工程计算中一般取徐变应力松弛系数0.3对计算结果进行折减。但对钢结构可不考虑此项折减。

4)在温度荷载作用下，还须考虑构件界面裂缝的影响，因此，应对梁柱混凝土构件界面弹性刚度进行折减，折减系数取为0.85。依据《荷载规范》的规定，温度作用按可变荷载考虑，其组合值系数取0.6，频域值系数取0.5，准永久值系数取0.4。工程温度、温差取值见表2。

表2 工程温度、温差取值

本工程采用框架—剪力墙结构，利用电梯间、楼梯间等竖向交通核布置剪力墙。建筑平面布置中，楼梯间，电梯间布局如图3所示。考虑温度对建筑结构的影响与结构在温度场中的位置密切相关，建筑物周边的结构受环境温度的影响较为明显，在建筑物内部离建筑物周边越远，则结构温度改变的幅度越小。所以，结构设计时，注意把握结构受温度影响的关键部位(平面的远端、有效楼板宽度较小的部位等)及关键构件(如框架柱、剪力墙等竖向构件)。

以C区为例，C区南北向长度184 m，Ⅰ区东西向长度38 m，Ⅱ，Ⅲ区东西向长度61 m。整体结构东西向长度超过设缝限值不多，而南北向远超设缝限值。故东西向墙布置只需满足建筑专业要求即可。为满足框剪结构倾覆力矩比的要求，考虑Ⅰ区处于建筑物长向中部，受温度影响相对较小。南北向墙多布置在该区域。而Ⅱ，Ⅲ区处于建筑物长向的远端，受温度应力的影响较为明显，剪力墙布置时，尽量不布置南北向剪力墙，即纵向剪力墙。

5 计算结果分析

采用SATWE对该结构进行计算分析，考虑升温10 ℃，降温10 ℃。

标高5.500 m，楼板y向应力见图4。

温度应力较大的区域多集中于剪力墙部位。说明本工程Ⅱ，Ⅲ区不布置或少布置纵向剪力墙的方式是合理的。本工程通过调整剪力墙布置位置及布置方式，尽最大努力减小温度应力对该结构的影响。

6 构造措施

6.1 建筑措施

建筑措施是影响结构温度应力的主要因素。

设计时应与建筑专业配合，加强建筑的保温隔热措施，减小结构所受外界气温变化、太阳辐射的影响，并保持适宜的室内使用环境温度，减小使用期间温度变化对结构的影响。

6.2 结构措施

在正常使用条件下，混凝土裂缝主要由混凝土自身收缩和环境温度变化引起的伸缩两部分导致。本工程中，超长结构的温度应力问题主要通过采取恰当的构造措施予以解决，建议如下：

1)为减小混凝土的收缩变形对结构的影响，每隔30 m～40 m间距留出施工后浇带，带宽800 mm～1 000 mm，钢筋采用搭接接头，后浇带混凝土宜在两侧混凝土浇筑两个月后浇灌，且宜在年气温低的天气条件下进行，建议封带温度为15 ℃～20 ℃。

2)为降低水化热，选用低水化热的粉煤灰水泥，并在低温入模。建议设计采用掺微膨胀剂的补偿收缩混凝土，并认真做好混凝土的级配试验。

3)框架梁设计，建议温度作用不与地震作用效应同时组合，而按单工况计算，采取构造措施，采用梁的腰筋及构造钢筋抵抗温度应力。建议梁顶跨中应根据需要设置不少于两根通长钢筋，通长钢筋可以是框架梁两端支座钢筋直通(含机械连接)，也可以是跨中钢筋与框架梁两端支座钢筋的受力搭接(满足要求)；梁两侧应设置腰筋，腰筋与主筋及腰筋之间间距宜s≤200 mm，腰筋在框架梁两端支座应按受拉锚固设计(锚固长度满足要求，即腰筋满足抗扭纵筋的锚固要求，在施工图中应将钢筋“G”改为“N”)。

框架梁抵抗温度应力构造要点见图5。

4)楼板设计，楼板的跨中贯通钢筋(或与支座负筋按受拉搭接)的配筋率不应小于《混凝土规范》第9.1.8条的要求，每层每方向的配筋率均不应小于0.10%(建议配筋率见表3)。注意，楼板下铁在支座应尽量拉通，否则，应至少每隔一根在支座按受拉锚固设计。

采取上述构造措施后楼板钢筋计算时，一般可不考虑温度应力的影响(相关问题见框架梁)。

表3 超长结构的楼板贯通配筋建议 %

6.3 施工措施

施工措施是实现结构设计预想的重要保证，施工单位制定合理的施工方案，并精心组织，精心施工。

主要措施有：

1)控制混凝土原材料的质量和技术指标，混凝土质量的好坏对结构裂缝的产生有很大的影响；

2)加强养护，采用混凝土低温入模、低温养护，使混凝土终凝温度尽量降低，以减少水化热和收缩；

3)加强混凝土的振捣，要提高混凝土的密实度，必须对混凝土进行充分的振捣，建议的振捣时间为5 s～15 s；

4)保证后浇带的施工质量；

5)分层浇筑，墙、梁、板裂缝产生的主要原因是收缩，因此，墙、梁、板构件应分层散热浇灌；

6)选择合适的浇筑时间等等。

建议封带温度为15 ℃～20 ℃。后浇带封带后，应及时进行围护结构的施工，夏季采取降温措施，冬季应进行采暖，确保建筑物的环境温度在10 ℃～30 ℃之间。

[1] GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4] 朱炳寅.高层建筑混凝土技术规程应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

On analysis and design for some super-long structure

Guo Weiwei

(JinchengArchitecturalDesignInstitute,Jincheng048000,China)

Combining with the working experience, the paper analyzes main problems in the temperature stress of some super-long structure and its design methods, and points out some attentive design problems and respective measures and calculates the shearing wall and floors by establishing the temperature field, so as to provide some reference for similar engineering design.

super-long structure, temperature stress, shearing wall, floor

1009-6825(2015)32-0049-03

2015-09-09

郭维维(1981- ),男,工程师

TU318

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