超长混凝土结构温度应力的计算与分析

刘成乐

(山西建苑建筑设计研究院，山西 太原 030006)

1 工程概况

本工程为地下2层，地上5层商业建筑，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第一组，抗震设防分类为乙类。上部结构采用框架—剪力墙结构，地基基础采用筏板基础。建筑物长约160 m，宽约70 m，高约25 m。由于建筑使用功能的要求，中部1/3区段设置为开敞的中庭，中庭两侧结合建筑楼电梯空间设置部分剪力墙。混凝土强度等级为C30，2层混凝土施工合模温度为18℃，浇筑半年后到冬季。结构平面布置图见图1。

由于建筑物的长度和宽度已远远大于规范对框架—剪力墙结构伸缩缝最大间距的要求，方案初期，为减小温度应力，尽量接近规范的要求，沿建筑物南北方向中庭两侧设置了两道伸缩缝，导致了结构布置上的一些不合理因素:中部区段由于使用功能的要求无法设置剪力墙，且开洞较大，属于楼板不连续超限建筑，且结构计算难以满足规范对框架结构的位移限值要求;两侧结构由于剪力墙布置的不均匀性，结构扭转偏大，抗震不利;对业主方面，使具有很大商业价值的部分空间由于结构双柱的设置受到影响;其他方面，对防火分区的划分、设备管线的穿越等造成不便。为此，在最终的施工图设计过程中取消了伸缩缝的设置，按整体结构进行设计，结构计算参数很好地满足了规范规定，只需对超长结构中的温度应力控制进行专项探讨。

2 超长楼盖结构中的温度应力计算

根据裂缝专家王铁梦教授的研究，框架可能承受均匀的普遍的温度收缩作用和局部温差以及收缩作用，其中起主要作用的是普遍的均匀的温差及收缩。整个框架的所有杆件在温差及收缩作用下都将产生变形，竖向构件的垂直变形是自由的，不会引起内力，而水平构件的横向变形受到竖向构件的约束，将在全框架内引起内应力。框架约束的程度与柱高的三次方成反比，因此，多层框架在均匀温差、均匀收缩作用下，只考虑地面以上两侧框架，2层以上各层框架假定为自由变形，不受约束;顶层受太阳辐射热作用引起的框架内力，计算时只考虑顶部2层框架，即假定基础和地下室不变形，多层框架在温度应力作用下可以按2层框架计算。

图1 结构平面布置图

根据山西省气象资料提供的数据，太原市位于省境中央，东、西、北三面环山，中南部为河谷平原，整个地形北高南低呈簸箕形。属北暖温带重半干旱气候，气候数据及建筑节能设计要求数据见表1。

表1 气候数据及建筑节能设计要求

本工程楼盖混凝土施工控制参数及温度应力计算见表2。

表2 楼盖混凝土施工控制参数及温度应力

根据表1，表2分析，由于目前对节能设计的强制性要求及施工过程中合模温度的控制，建筑物投入使用后，实际承受的温度应力远小于施工阶段的温度应力;施工过程中的冬季降温对混凝土的收缩影响更大，大于混凝土材料的抗拉强度，框架结构的裂缝多数是由降温及收缩引起的。采用减小混凝土早期收缩裂缝的措施对控制裂缝更为有效。一定程度上，需通过增加板厚、设置抵抗温度应力的钢筋等措施，减小或避免有害裂缝的产生。

3 温度应力的控制措施

1)设置温度后浇带。释放早期混凝土收缩应力，减小以收缩为主的变形。每隔40 m～50 m设置800 mm混凝土后浇带，待两侧混凝土浇筑两个月后采用高一个强度等级的微膨胀混凝土浇筑后浇带。2)局部加强配筋。根据混凝土收缩的特征，温度应力最大部位出现于结构中部，且由于中庭部分楼板开洞对楼板断面的削减造成应力集中的现象在中庭周边较大，故对中庭周边楼板进行加强，加大板厚，并采用双层双向配筋进行处理。3)采用纤维混凝土。新的资料表明，混凝土结构中掺少量纤维，可以较好地改善混凝土早期收缩裂缝，以及增强混凝土的韧性和耐久性。4)加强施工控制。

4 结语

本工程主体结构现已施工完毕，已经历从冬至夏最大的温差作用。根据现有施工记录和观察，超长结构采取未设缝处理取得了预期的效果。另外，随着科学技术的不断发展，新材料、新工艺的不断出现，将会对超长混凝土结构不设缝的应用产生更大的推动作用。