超长结构的温度作用设计

季保建

摘 要：本文针对一个实际超长结构工程进行温度作用设计，通过验算结构裂缝宽度进行结构设计，给其他设计人提供参考。

关键词：温度作用；超长结构；裂缝

0 引言

近年来，随着建筑市场的发展，业主对结构的使用要求有所提高，特别是对地下车库、地上的医技中心，如果按规范设置伸缩缝，后期使用时会经常发生漏水的现象，还有由于结构的温度收缩变形会在伸缩缝处有个很不美观的缝隙，这对结构的后期使用非常不利。但由于每个区域的气候不同，温差取值不同，并且混凝土结构的收缩徐变影响对结构产生影响，但是规范没有给出确切的系数，因此审查标准不一，给结构设计带来了困难。

1 工程概况

本工程为营口地区的一个温泉疗养院，地上X方向长度为98米，属于超长结构，模型如图1所示。

本项目为钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，地上6层，地下1层，，各楼层均采用主次、梁楼盖体系。梁、板、柱、墙的材料均为混凝土。图2显示了地下一层顶板的洞口布局。

2 温差取值

2.1 施工阶段的温差效应

由于本工程在施工时期，采取后浇带的方法把结构分成几个部分，再浇筑后浇带之前结构不属于超长结构，因此不考虑施工阶段的温度作用对结构的影响。3.2使用阶段的温差效应在使用阶段，室内外存在一定的温差。但结构的隔热措施很好，因而结构外围构件受室外温度的影响不大，可以认为，室内、外温差不会通过改变四周构件的温度对结构产生不利影响。

2.2 施工阶段到使用阶段之间的温差

进行温度作用设计主要为这个时期的温差。温差的确定由以下几点：1.后浇带合拢时在10月份，温度在10℃左右（t1）；2.结构在进入冬季前进行采暖措施，室内温度能控制在0℃以上（t2）；3.混凝土当量温差（t3）。根据王铁梦等资料，现浇混凝土的收缩最终应变达3.24*10-4。地上两层后浇带合拢时已施工完成150天，?TS=ε/a=0.81*10-4/1*10-5=8.1℃。三层到六层由于后浇带合拢时已施工完成120天，?TS=ε/a=0.972*10-4/1*10-5=9.72℃。由于计算时基础按固定支座，实际上基础和土体之间是有滑移的，因此温度乘以0.8的折减系数，（这个系数的取值为经验取值）。上述各温差均由缓慢的温度变化产生，通过对变形的约束使构件受力，可以考虑混凝土的徐变应力松弛特性。作为简化计算，松弛系数根据有关参考文献[1]的建议，取为0.3。计算时，将弹性计算的温差内力乘以松弛系数作为标准值。得：?T=（t2-t1-t3）*0.8*0.3。

综合以上几点，地下室计算温差取-3.6℃。地上两层温差取-4.34℃。三层到六层温差取-4.73℃。

3 楼板温度作用设计

温度设计的主要目的是控制结构的裂缝宽度，因此，设计楼板时的主要任务为在准永久组合情况下的裂缝计算。计算裂缝的设计值S=1.0*恒荷载+0.5*活荷载+0.4*温度荷载。楼板应力分析图4所示，为一层楼板X向应力分布情况。从程序分析中可以看到，温度作用下楼板应力较大处发生在边角柱边以及楼板洞口附近。最大拉应力发生在结构右上角为13MPa，楼板洞口削弱的最大应力发生洞口角处板顶为4.7MPa，绝大部分楼板应力为1.3MPa左右。一层板配筋采用双层双向配筋，因为X方向超长，局部应力大的地方，例如下图标注的地方，配16@150钢筋。

二层楼板X向应力分布情况，应力值比一层楼板小很多。最大拉应力发生在结构右下角为3.9MPa，大洞口上侧应力在1.0MPa左右，大洞口下部应力为1.7MPa左右，大洞口左边应力为0.3MPa左右，大洞口右边为0.2MPa左右。因此我们在配置二层板配筋时，X方向负筋全部通长配置，以抵消温度应力。在温度应力大的地方配筋加大，如结构的右下角，配置了12@200的通长钢筋。

楼板裂缝复核计算。截面形式：矩形；板厚度h=180mm；取宽度b=1000mm，受力状态：偏拉构件受力特征系数αcr=2.4；恒荷载产生的弯矩标准值MGk=6kN·m；活荷载产生的弯矩标准值Mqk=5kN·m；温度应力对截面产生的轴力标准值NTk=σ*b*h=700kN，由温度荷载控制裂缝，因此设计值M=8.5（kN·m）N=700*0.4=280kN，混凝土强度等级：C30；混凝土轴心抗拉强度标准值ftk=2.01N/mm2，纵筋等级：HRB400；钢筋强度标准值fyk=400N/mm2，混凝土Ec=30000N/mm2；（1）钢筋Es=200000N/mm2，混凝土保护层c=15mm，受拉钢筋合力点至截面近边的距离as=20mm，受压钢筋合力点至截面近边的距离as'=20mm，受拉纵筋面积As=1333mm2，受拉纵筋等效直径deq=16.00mm。裂缝计算等效应力σsk=150N/mm2：e'：e'=h/2-a'+Mk/Nk=100mm；（2）ρte=As/Ate=0.0278受力状态为偏拉；（3）ψ：=0.787；（4）等效直径deq=18.00mm，ωmax=0.106m；（5）验算：0.106<[ωmax]=0.30mm，满足。根据以上分析和计算结果可知，结构中楼板通过一定的加强措施，可以抵御温差和收缩的非荷载效应的影响，尤其是加强边角柱及楼板洞口附近的板配筋，效果明显。

4 结论

对于忆江南温泉疗养院X方向平面超长结构，但经过多方面的综合考虑，结构没有设置伸缩缝，由此给建筑效果、结构布置及使用功能等都带来了很大好处。通过温差和混凝土长期收缩等非荷载效应对结构影响的分析，可以认为结构不设缝的方案是完全可行的。

为减少和抵御非荷载效应对结构的不利影响，我们采取了设后浇带、增加构造配筋等各种对策和措施，从实际情况及计算过程中的相关数据来看，这些对策和措施是能够实现的。

参考文献

[1] 王铁梦《工程结构裂缝控制》北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2] 建筑结构荷载规范.GB50009-2012北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 混凝土結构设计规范GB50010-2010北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4] 樊小卿《温度作用与结构设计》建筑结构学报.1999.04.