某超长混凝土框架结构办公楼温度应力分析及设计措施

邰洋

华设设计集团股份有限公司 江苏 南京 210014

1 工程概况

本工程位于江苏省溧阳市，办公楼单体建筑除办公区域外合并包含部分商业及餐饮功能，其平面尺寸约为41.1m×125.5m，结构高度为12.15m，为地上二层混凝土框架结构。为保证该办公楼使用功能的需求，本工程未设置伸缩缝。结构长度远远超过国家规范对混凝土结构设置伸缩缝间距的限制规定（规范规定室内环境钢筋混凝土框架结构设置伸缩缝的最大间距为55m），因此该办公楼属于超长混凝土结构。

结合规范及本工程地质勘察报告，本工程结构计算参数如下表：

表1

办公楼结构计算模型如图1.1所示，混凝土强度等级均为C30，二层典型楼板厚度为120mm。

图1 办公楼结构计算模型

2 计算温差的确定

2.1 环境温差

根据本工程地质勘察报告，项目所在地属亚热带季风区，全年平均气温17.5℃，其中：一月份3.2℃，七月份31.1℃。预计10月份封闭后浇带，封闭期为60d，10月份溧阳平均气温约为19℃，据此求得最大升温温差12.1℃，最大降温温差-15.8℃。

2.2 混凝土收缩当量温差

混凝土收缩也是引起超长混凝土结构构件开裂的主要因素之一，因此需要考虑其对超长混凝土结构的影响。混凝土的最终收缩量与其施工质量、材料构成、环境影响等因素有关，分析时通常将混凝土的收缩值换算成等效温差，与结构的实际温度变化值叠加得到计算温差。计算混凝土收缩量的方法参考了王铁梦的《工程结构裂缝控制》[1]一书，混凝土在任意时间产生的收缩按下式计算：

根据公式ΔT=-εy(t)/α计算得到：

故而总降温温差为：-15.8-7.6=-23.4℃，升温时可不考虑与混凝土收缩当量温差叠加。

3 温度效应计算结果分析

本工程采用北京盈建科软件YJK2.0.3结构分析软件进行温度应力分析，以二层楼板为例。

计算温度应力时采用弹性楼板假定，考虑到徐变应力松弛特性的非线性因素，计算中取徐变应力松弛系数0.3对计算结果进行折减。

取升温15℃，降温25℃，计算所得温度应力云图如图2、图3所示：

图2 办公楼二层楼板升温工况下X向温度应力

图3 办公楼二层楼板降温工况下X向温度应力

分析可知，在升温工况下，楼板以受压为主，最大压应力0.7Mpa，远小于混凝土的抗压强度标准值；在降温工况下，楼板拉应力均小于1.1Mpa，亦小于混凝土的抗拉强度标准值。此外，楼板在局部平面转折处产生温度应力集中，需采取适当的措施减小温度应力的影响。

4 减小温度应力措施

（1）设置温度后浇带。办公楼设置二道间距约为40m的温度后浇带，后浇带宜在两侧混凝土浇筑完成2个月（60天）以后进行浇筑，后浇带混凝土采用同等级微膨胀混凝土，利用一定的膨胀应力补偿结构合拢后的温差收缩应力。

（2）加强梁、板构件构造钢筋配筋措施。办公楼二层楼板采用双层双向配筋，超长结构楼板贯通筋配筋率建议如表2所示。对于角部、平面不规则处同时加大配筋率。超长方向上的框架梁及次梁设置抗扭腰筋，同时要求楼板底部钢筋在支座部分的连接满足受拉锚固长度。

表2 超长结构楼板贯通筋配筋率建议

（3）选择合理的材料，优先采取减小水化热的措施，如选用水化热较低的水泥，在保证混凝土强度的前提下，尽可能减少水泥用量等。

（4）加强混凝土浇筑后的养护工作，注意保持初浇混凝土处于湿润状态，浇筑混凝土应选择温度相对较低的时段。

5 结束语

本工程依据YJK软件计算得出的楼板温度应力云图，对局部温度应力较大处（主要是楼板开洞处、平面不规则处）进行了适当加强，同时从结构设计、材料、施工等方面提出了减小温度应力的措施，进一步保证了结构的安全性。此外值得一提的是，由于温度应力具有一定的复杂性与不确定性，设计人员应着重关注结构温度应力的变化规律，而不要拘泥于具体的计算数值，对温度应力的认识需重视概念，加强构造。