超长框架－剪力墙结构温度作用分析

蔡佩宏 徐建春

（1.中国轻工业长沙工程有限公司，湖南 长沙 410000；2.湖南省轻纺设计院有限公司，湖南 长沙 410000）

1 工程概况

本工程为公寓式办公建筑，地上22层，建筑面积2.4万m2，结构总高度97.8m，结构形式为框剪结构，平面尺寸长度约为68m，超出规范框剪结构不大于50m的规定，属于超长结构。

2 温度作用分析

本工程温度应力计算采用Midas Gen软件。分析时全层楼板采用弹性膜假定。温度作组合值系数取0.6。有温度参与的荷载组合工况如下：

1.2DL±1.4TL；1.2DL+1.4LL±1.4x0.6TL；1.2DL+1.4LL±1.4x0.6WL±1.4x0.6TL

1.2DL+1.4x0.7LL±1.4x0.6TL±1.4WL；1.2DL+1.4x0.7LL±1.4TL±1.4x0.7WL

2.1 温差效应确定

由于混凝土的热惰性，短时间的温度变化不会对混凝土结构产生很大影响。温差温度计算主要考虑季节温差和混凝土收缩当量温差。根据《建筑结构荷载规范》及长沙市气象资料考虑实际施工合拢时间，选取结构后浇合拢时机是春秋季节，五日平均气温不高于15℃。长沙全年日均最高气温、日均最低气温及温差见下表：

部位合拢温度（℃）最高气温（℃）最低气温（℃）升温差（℃）降温差（℃）上部结构15 34 2 19-13

混凝土收缩应变和徐变系数的定量计算可参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，采用的是欧洲混凝土协会（CEB）和国际预应力混凝土协会（FIP）建议的“CEB-FIP方法”。一般考虑收缩的影响，对于整体浇筑的混凝土结构，相当于降温15℃。

2.2 混凝土综合温差计算

由于混凝土收缩应力是一个长期的过程，混凝土的徐变特性对收缩温度应力均有一定的有利作用。本工程混凝土收缩徐变应力松弛系数取φ0=0.4。弹性计算中没有考虑混凝土开裂后刚度下降的影响，在进行温度分析时，可适当降低构件刚度来考虑开裂后刚度下降的影响。结构构件弹性刚度折减系数α取0.85。混凝土综合降温差△T=αφ0(△T1+△T2)，则有综合降温差△T=0.85×0.4×（-13-15）=-9.5℃；混凝土综合升温差△T=αφ0△T1，则有综合升温差△T=0.85×0.4×19=6.5℃。

2.3 楼板温度作用分析

由于升温过程混凝土受压应力，楼板分析时，仅考虑降温不利影响。本工程的层数较多，且温度拉应力最大发生在最底层，挑选了三层楼板、七层楼板。温度作用分析采用MIDAS，楼板采用弹性板假定，网格划分最大为0.5×0.5m，添加系统温度工况。

可以看出大部分楼板的应力在2.01MPa之内，均没有超过混凝土抗拉强度标准值；楼板在靠近四个建筑角点部位出现了应力集中，这些部位中有极小的区域出现了应力大于混凝土抗拉强度标准值致使楼板有开裂的情况，楼板开裂后则由钢筋承担温度应力，根据温度荷载组合工况，温度应力参与的组合值系数1.4×0.6TL。在温度作用分析的基础上，考虑温度应力双层附加的钢筋用量。当2.7MPa时，100厚板每米附加钢筋用量为315mm2；120厚板378mm2；150厚板472.5mm2。施工图设计时将综合考虑构造钢筋利用率进行附加钢筋设置。

图1 三层板温降工况应力云图（sig-eff）

图2 七层板温降工况应力云图（sig-eff）

可以看出温度对七层楼板的作用相对于对三层楼板的作用进一步下降，出现极少部位出现了应力较大的情况，绝大部分区域楼板应力均非常小。可以忽略温度对其楼板的作用。

3 结论

通过对三层及七层楼板应力对比可以发现，在结构四个角点处，均出现了应力过大的情况，所以考虑对全楼此部位的楼板均加强配筋。为减少温度应力对结构的影响，构造上也采用了以下措施：1）设置后浇带；2）要求严格按规范控制泵送商品混凝土的水胶比及粉煤灰掺量（不大于15%水泥用量），减小混凝土输送泵以及施工材料运输对楼板的直接震动影响；3）要求混凝土须加强养护，覆盖养护时间不少于7天；4）在剪力墙筒角处附近的楼板以及细腰部位处的楼板均双层双向布筋。