超长混凝土结构概念设计与技术措施

李文瑞

(晋城市建筑设计院，山西晋城 048026)

0 引言

随着社会的不断进步与发展，各类公共建筑中超长混凝土结构不断涌现，此类建筑由于功能需要或其他原因，超过GB 50010-2010混凝土结构设计规范中表8.1.1的长度而不设伸缩缝，此时应该考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响，采取相应的措施。

1 温度作用

1.1 温度作用属于非荷载效应的范畴

非荷载效应是指由于混凝土徐变、收缩、结构温度变化、地基差异沉降等非直接荷载作用产生的结构变形及由此因变形协调而产生的约束力的效应。

1.2 温度作用的构成

温度作用是指结构或构件内的温度的变化，在结构构件任意截面上的温度分布，一般认为可以由三个分量叠加组成:

1)均匀分布的温度分量。

2)沿截面线性变化的温度分量(即梯度温差)。

3)沿截面非线性变化的温度分量。

1.3 温度作用的设计简化

建筑结构的温度作用通常都是由上述三分量叠加后的共同作用，其中均匀温度作用对结构影响最大，均匀温度作用的取值及结构分析方法较为成熟，也是设计时最常考虑的。对梯温度作用和非线性温度作用的取值及结构分析目前尚无较为成熟统一的方法。因此，现行《建筑结构荷载规范》仅对均匀温度作用做出规定，其他情况由设计人员酌情处理。目前常用的PKPM系列软件中有关温度作用的分析、计算也仅针对均匀温度作用。

1.4 温度作用对于结构的影响

1)以结构的初始温度(合龙温度)为基准，结构的温度作用效应要考虑温升(膨胀)和温降(收缩)两种工况。2)温度作用通常具有周期性、伴随建筑结构使用寿命终生。

2 混凝土收缩

1)混凝土在空气中硬化时其体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下因体积变化而产生的变形。通常认为混凝土收缩是由凝胶体本身的体积收缩(凝结)和混凝土因失水产生的体积收缩(干缩)组成。

2)混凝土收缩在结构中仅存在收缩一种工况状态，且收缩在结构早期发展较快，以后逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上，相对于建筑结构设计使用年限、混凝土收缩作用影响较大的时间较短。

3)混凝土收缩受结构周围温度、湿度、构件断面形状及尺寸，混凝土配合比、骨料性质、水泥性质、配筋情况，混凝土振捣及养护条件等多种因素的影响，要精确计算尚有一定困难，设计时通常以提出施工要求及采取各种构造措施进行处理。由于一般混凝土结构的温度场，混凝土收缩等随时间变化等因素难以准确量化，混凝土收缩徐变的弹塑性特征及收缩裂开后构件刚度的变化等因素使精确计算难以实现，因此实际工程设计时常以概念设计，技术措施结合辅助计算进行处理。

3 混凝土结构应对温度作用、混凝土收缩作用的概念设计

3.1 “防”

1)在一定长度范围内用变形缝将混凝土结构分割成独立的结构单元，减小温度作用、收缩作用的影响。

2)加强对结构体系的隔热保温措施，减小短时温度变化的影响。

3)施工过程中，在结构适当位置设后浇带，控制后浇带合龙温度，以减小收缩作用的影响。

4)合理布置结构刚度，如:框—剪结构中纵向剪力墙尽量避免设在纵向(长向)端开间，以避免由于温度作用、收缩作用在结构中产生的附加应力。

3.2 “放”

采用滑动支座等多种形式，放松对杆件的约束，使其在温度作用、收缩作用情况下能够在一定范围内自由伸缩，杆件内不应产生由于温度、收缩作用引起的附加应力，比较经济，常见于桥梁结构中，房屋建筑中不常见。

3.3 “抗”

在一定分析计算的基础上采取增大结构刚度，加大配筋，必要时采取设置预应力钢筋等措施、抵抗结构中由于温度、收缩作用产生的附加应力，提高结构构件的抗裂性能。

4 超长混凝土结构应对温度作用、混凝土收缩作用常用的技术措施

1)设计措施及效果见表1。

表1 设计措施及效果汇总表

2)施工措施，包括施工材料要求和工艺要求。

a.控制混凝土的强度值，要求施工完成后的混凝土强度不大于设计强度的1.2倍。

b.为降低混凝土水化热采用矿渣水泥配置大体积混凝土。

c.配置混凝土的骨料含泥量控制在1%～1.5%。

d.混凝土配合比中掺加粉煤灰和矿粉，降低水泥用量，降低水灰比。

e.严格控制混凝土的坍落度为(140±20)mm。

f.制定混凝土养护保湿措施，拆模后混凝土周围环境相对湿度达80%以上。

g.混凝土施工后浇带的合龙温度为10℃～15℃，尽可能低温合龙。

本人认为:“低温合龙”使得完工后混凝土主要处在“胀”的状态，更好的发挥预应力的作用，同时减小水化热和混凝土收缩的影响。

5 工程实例

某商业综合体裙房4层，地下部位最大不设缝结构尺寸约113 m×223 m，地上部分最大不设缝结构尺寸约107 m×210 m，结构形式为框—剪，为超长混凝土结构。方案设计时，按规范要求结合当地气候条件建立了温度场，采用ANSYS与SATWE软件进行了温度应力分析，在分析的基础上比较了剪力墙不同布置方式对结构中温度应力和变形的影响，对于剪力墙布置进行了优化。

施工图设计时采取了前述多条技术措施，目前该项目已通过施工图审查，正在建设过程中。

［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］刘小红.概念设计在混凝土结构设计中的应用［J］.山西建筑，2013，39(2)：33-34.

［4］TAT多层及高层建筑结构三维分析与设计软件(薄壁柱模型)［Z］.

［5］束伟农.深圳宝安国际机场T3航站楼结构设计［J］.建筑结构，2013(25)：121-122.