沈阳某地下商城超长结构温度效应分析

李 韧 杨 华

(辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001)



沈阳某地下商城超长结构温度效应分析

李 韧 杨 华

(辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001)

采用有限元软件，分析了沈阳某超长地下商城的温度应力，并根据计算结果，提出了设置后浇膨胀加强带、采用补偿收缩混凝土和按计算加大梁板配筋等技术措施，可有效降低温度应力的影响，限制结构裂缝开展。

超长结构，温度效应，应力，楼板

存在于自然环境中的建筑结构，承受着日照辐射而引起的自然界气温的变化，其外表面温度会迅速上升或降低。因混凝土结构的热传导性差，室内、外形成温差，结构处于不同温度状态会产生温度变形，变形受到约束时，便会产生温度应力，温度应力将使结构的薄弱位置产生裂缝甚至严重破损，会增加内部钢筋与空气接触的几率，降低构筑物的耐久性[1-3]。由此可见,考虑日照辐射和季节更替的温度应力分析在结构设计中有着重要意义。

1 工程概况

本工程位于沈阳市和平区某公园,总建筑面积4.4万m2,地下1层、2层为商场，地下3层为配套设备用房和地下车库，地上为市民休闲健身广场。选用钢筋混凝土框架结构体系,各楼层采用主、次梁楼盖结构，地下1层南北方向开洞将结构分为两部分，地下2层楼板局部开洞(见图1),东西长150 m,南北长142 m。本工程长宽均超过《混凝土结构设计规范》中关于设置伸缩缝的最大间距，但未超过辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程》中采取一定的构造措施后不设永久变形缝的要求，如为砂土地基，不设永久变形缝的地下室长度可放宽到180 m。

《辽宁省建设工程施工图设计文件审查要点》规定：采取设置施工后浇带、补偿收缩混凝土、增加温度构造钢筋、加强外保温等构造措施后，地面以上混凝土结构伸缩缝的最大间距可最多超过《混凝土结构设计规范》规定限值的20%；如超过规定限值的20%，应对结构进行混凝土收缩和温度作用分析，根据分析结果进行构件承载力和正常使用极限状态验算，并应通过建设主管部门组织的专项审查。

2 温度参数确定

2.1 气象资料

按照GB 50009—2012建筑结构荷载规范，沈阳市基本气温最高为33 ℃，最低为-24 ℃。设置后浇带的钢筋混凝土结构，收缩等效温降可近似取为-4 ℃[4]。室内结构：夏季室内外温差取10 ℃，冬季室内外温差取20 ℃，不考虑人工制冷或者供暖。峡谷部分连廊结构裸露，温差取0 ℃。沈阳地区多年的月平均气温统计见表1。

表1 沈阳地区多年的月平均气温统计表(1961年—1990年)

2.2 温度效应

对于平面超长的建筑结构，竖向构件将对结构楼层处沿水平方向的变形产生约束。如整体温度出现相对于浇筑时的温降时，梁板收缩应变约束而受拉，竖向构件受到相应的水平剪力作用，产生剪切变形。

本工程因建筑中部的狭长开洞，将完整的结构分为细长两部分，在长度方向受土压力和温度效应的共同作用下，应对超长结构进行受力分析，提升结构的安全度。

3 温度效应分析工况

3.1 施工阶段

设计上沿结构长度方向每隔40 m左右设置1道施工后浇带，且不少于两侧结构施工完成后60 d再浇筑后浇带混凝土。据表2给出的沈阳地区多年的月平均气温统计资料，后浇带浇筑时间根据工程进度定为4月份或10月份，温度为10 ℃～20 ℃。

表2 施工阶段温度值 ℃

室内、外结构分别计算两个工况：1)同时考虑升温和混凝土的收缩徐变，该工况相当于温升11 ℃和19.5 ℃；2)同时考虑温降和混凝土的收缩徐变，该工况相当于降温23.8 ℃和32.3 ℃。室外结构工况仅用于峡谷附近连廊和悬挑构件。

3.2 使用阶段

在结构使用阶段，室内外存在一定温差。除狭长开洞处构件外的温差相对稳定，因温差引起的水平变形相对较小，室内、外温差产生的温度应力对结构产生不利影响小，本次分析不考虑。

4 温度效应计算与分析

根据地下1层～地下3层所有梁板的温度应力图分析结果，地下2层有局部连接处温度应力集中，梁板布置图见图2，降温工况温度效应明显，本文选择该层进行应力分析。

4.1 梁应力分析

从峡谷局部放大图可知(见图3～图5)，地下2层梁最大拉应力为3.6 MPa左右，放大图1拉应力在1.5 MPa～3.6 MPa，放大图2拉应力在1.5 MPa～3.5 MPa，放大图3拉应力在0.1 MPa～1.9 MPa；梁的轴向应力在洞口周围平行于洞边布置的梁应力较大，连廊处大跨的梁柱节点和洞口转角处拉应力集中；配筋设计时，应加大纵筋和构造钢筋以承担这些拉应力，主要配置在梁的两侧，按腰筋的构造配置。

4.2 楼板应力分析

从局部放大图可知(见图6～图8)，地下2层峡谷部分板最大拉应力为5.6 MPa左右，位于楼板中部大洞口周边部位；其余大部分部位的拉应力不大于1.0 MPa。经过分析，地下室楼板均

采用双层双向通长配筋后再附加支座钢筋的形式，全截面额外增配温度筋配筋率0.2%。

4.3 减少温度应力措施

为减小温度效应对地下室结构的影响，采用如下的技术措施：

1)按图9(灰色填充部分为后浇带)设置伸缩后浇带，范围包括基础底板、侧墙至顶板，在后浇带浇筑前,相关部位应采取稳固的支撑措施。

2)地下顶板和外墙均按照温度效应分析加大配筋面积，加大框架梁的构造钢筋，尤其是地下2层连廊部分。

3)采用高性能混凝土浇筑梁板，如掺加减水剂、混杂纤维和高湿度保温养护等，能有效地减少混凝土收缩产生的初始裂缝，并缓解裂缝扩展。

4)按设计参数建议后浇带闭合时气温条件和混凝土浇筑时入模温度。

5 结语

经对本地下商城上述分析，有以下结论:

1)温度效应计算过程中参数取值对温度应力分析结果的精准性有影响，各种参数的确定还需在工程实践中不断完善。温度应力分析结果揭示的一般规律性可用于超长结构工程设计中。

2)对于超长结构，除进行温度应力分析和设计外，还应在设计文件中对材料、施工方法、施工工期等提出与分析假设相符的要求，力争将温度效应给建筑结构带来的影响降到最低，实现建筑结构的安全性、适用性和耐久性。

[1] 潘金龙,齐长雨,黄毅方.超长大体积混凝土地下结构温度效应的确定及仿真[J].浙江大学学报,2011,45(9):1680-1686.

[2] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997:1-16.

[3] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社,2012.

[4] GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[5] 张 坚，徐以纬，虞 炜，等.某超长混凝土结构温差效应分析及构造措施[J].建筑结构,2011,41(1)：63-67.

On analysis of temperature effect of super-long structure of some underground shopping mall in Shenyang City

Li Ren Yang Hua

(College of Civil Architectural Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

The paper adopts the finite element software, analyzes the temperature stress of some underground shopping mall in Shenyang City, and points out the allocation of post-pouring strengthening band and adoption of shrinkage-compensation concrete and calculation of widened beam plate reinforcement, so as to lower the temperature stress and limit the structural cracks.

super-long structure, temperature effect, stress, floor

1009-6825(2017)08-0041-02

2017-01-06

李 韧(1982- )，男，硕士，工程师

TU311

A