超长结构楼板在温度荷载下的受力性能分析应用研究——以上海通用重工集团有限公司日照岚山某厂区X方向超长办公楼工程为例

徐铭泽

上海华东建设发展设计有限公司 上海 200080

随着建筑行业的不断发展，一些超限建筑内容已经屡见不鲜，当长度超出了标准要求，该建筑体就需要重新按照标准的内容进行设置，主要设置为相应的沉降缝，从整体的角度来考虑，超长建筑体通常是只设置后浇带，相较于一般建筑而言，该类建筑物的楼板对于温度作用更加敏感，如果无法处理好温度关系，也可能会带来后续一系列的安全性问题。由此，本文也基于超长混凝土框架楼板温度应变做出分析，为其结构设计提供可靠依据。

1 某厂区X方向超长办公楼工程项目概况

在本次研究过程中，其所属的工程为某厂区X方向超长办公楼工程项目，项目地点位于山东省日照市岚山区，其中设防烈度为7度、二类场地。在研究过程中，针对办公楼之间的超长楼板进行分析。

本办公楼建筑为地上7层框架结构，底层层高4.5m，上部层高3.9m，顶层高4.2m，混凝土容重取26kN/m3，嵌固端所在层号为结构标高-0.050，用于舒适度验算的风压为0.40kN/m2，用于舒适度验算的风压为2%，地面粗糙度类别为B类，修正后基本风压0.4kN/m2，X向基本周期为1.32，Y向基本周期为1.38，地震设防分组为第三组，地震设防烈度按7度（0.1g）考虑，框架抗震等级为2级，本楼考虑偶然偏心，考虑偶然偏心的方式为相对于边长的偶然偏心，周期折减系数0.7，特诊周期取0.45秒，质量参与系数为95%，振型数量按程序计算自动考虑，结构内力分析方法为一阶弹性设计方法，结构重要性系数为1.0。

本单体东西长度为82.5m，南北宽为31.8m，基础顶～3层混凝土强度为C40，3～7层混凝土强度为C30。基础顶至±0.000m柱典型截面为700mm×700mm，按短柱考虑，2～4层柱典型截面为600mm×600mm，4层及以上柱典型截面为500mm×500mm。本楼竖向主梁截面为300mm×600mm，竖向次梁截面为250mm×600mm，横向主梁截面为300mm×750mm。

2 结构设计综合温差

2.1 季节温差

建筑物温度随着气温变化而产生一定的转变，因此气温变化对建筑物产生的影响也变得十分的明显。季节温差是研究其温度变化对结构影响最为主要的因素，由于的温度变化，温度应力及相应的钢筋配筋计算结果也会发生改变，根据《建筑结构荷载规范》基本气温可采用50年重现期的月平均最高气温和月平均最低气温对其温度所产生影响作出衡量，查荷载规范附录知山东日照最低基本气温为-8℃，最高基本气温为33℃。根据PKPM计算结果，温度荷载对楼栋整体指标影响较小，更多的是对梁板配筋计算会产生较大影响。

由计算结果可以看出，楼板温度应力对框架梁的影响是全方位的，但是由于其产生荷载相对于结构整体侧向力和竖向荷载较小，对柱计算结果几乎不会产生影响。

图1 单体中间位置不考虑温度应力

图2 单体中间位置考虑温度应力

图3 单体边跨位置不考虑温度应力

图4 单体边跨位置考虑温度应力

2.2 混凝土收缩等效温差

随着时间的不断流逝，混凝土会出现收缩的问题，此收缩的作用为温强作用，对于需要控制的因素，应该在后浇带封闭的时间内进行控制，时间长会使混凝土的收缩稳产更小，本文中所述工程原先设计时间为45天，主体完工时间是60天，而实际完工时间提前了，这就导致中间部分桩施工被耽误了，没有形成实际的浇筑时间，此时可以认为80%的混凝土已经收缩完毕，因此混凝土最终收缩应变也可以被认作为0.0002，在合拢时的残余应力则收缩为0.0001。

2.3 徐变应力松弛

温度变化有快慢的区别，随着温度的变化要对约束构建进行分析，混凝土具备的特性和徐变内容会逐渐的凸显出来，温度变化会促进持续增长，使混凝土的变形能力得到提高，使的实际应力小于弹性计算的结果，一般都会考虑到弹性结构温差效应及分析所得到的温度应力是非常巨大的。但是在实际结构分析过程中却不会对其作出分析，针对徐变应力松弛状况为简化计算。这时可按照弹性计算的温度应力×徐变应力松弛系数来考虑后续的徐变状况。

2.4 刚度折减

混凝土在施工过程中都会出现相应的裂缝，这是结构造成的，裂缝的出现会抵消温度变化产生的反应，因此，在进行温度荷载计算时，要把应裂缝所产生的具体刚度折减度考虑进去，系数取值是按照刚度的折减标准值作出的。一般取在0.85到0.95之间。但是此项系数目前并无具体的求解方法，多数时候其仍是局限于经验值内。在本次研究过程中，考虑到系数的差值研究，最终将其取为1.0。

3 温度效应有限元分析

3.1 楼板有限元计算分析

基于本次研究过程，可在升温和降温的时候，分别对于其配筋计算结果内容做出分析。由于PKPM板计算模块中普通计算方法不考虑温度对其产生的影响，无法体现其影响结果，所以采用有限元计算方式来保证对比结果的真实可靠。本小节选取单体的中间和端跨为典型做对比和研究以保证对比的有效性，其结果表明在温度荷载作用之下，板中间位置中的楼板位移较小，距离中轴线越远的地方，其位移就越大。楼板位置最大值容易出现在单体结构两部的远端，这是因为温度变化由远端向竖向结构作出影响的，所以这时相对于其远端部分将部分的影响也是更大的。在此次研究过程中，基于其楼板位移配筋计算结果值，它对竖向构件的影响是更大的。所以针对这一方面的位移变化影响，可以看出，楼板沿长方向比沿短方向的应力更大，这也符合楼板本身的变形规律。

图5 PKPM不考虑温度应力情况下有限元计算结果部分截取

图6 PKPM考虑温度应力情况下相同位置有限元计算结果部分截取

3.2 楼板应力状况

针对楼板应力状况。可以发现在升温时，其楼板的底部应力变化状况有所变化。基于温度荷载作用，超长板多数位置的应力值超过了混凝土本身的抗拉强度。这说明在温度荷载下，其效应内容仍不能够忽略，否则的话也极容易产生一些纵向裂缝，它的危害是较大的。温度和作用主要体现在中间部位两端产生的，在应力对调下，在X方向其底盘温度应力，在此方向的作用面是更广的。所以基于这方向的分析，要了解到在小洞口部分的角度变化内容。基于实例有限元分析结果，出于安全和相对保守的考虑，最后决定除了设后浇带外，需顺这超长方向增设温度应力钢筋。局部应力集中处应该增设相应的钢筋，在X向主计算结果基础之上，适当放大纵筋及腰筋，使整个楼板建成之后仍能够维持正常使用，裂缝产生控制在保证安全和正常使用范围内。

4 结束语

在本次研究过程中，基于某厂区办公楼超长楼板为例，通过PKPM计算结果和板有限元软件计算模块对其作出分析。着重研究了温度变化产生的作用、收缩松弛所带来的影响以及对其楼板应力的影响状况，其具有一定的工程参考意义。在分析过程中也着重针对温度荷载计算时所采用的一些综合温差，对于其季节温差、刚度折减系数、有限元计算等做出探讨。了解到有限元计算结果所展示出的混凝土结构温度应力不容忽视，在超长结构楼板温度荷载作用情况之下，也必须对于其应力集中现象进行分析，找准其结构中的各项内容。对超长结构而言，后浇带的设置能够降低以免影响，但是无法将其消除。所以必须根据计算结果合理配置楼板配筋，降低其混凝土的收缩量。