超长混凝土结构温度作用分析及设计实践.pdf

江苏建筑 2 0 1 3年第 3期( 总第 1 5 5期 ) 超长混凝土结构温度作用分析及设计实践 肖蔚 雷海浪 ( 中建国际 ( 深圳 ) 设计顾问有限公司南京分公司 ， 江苏南京2 1 0 0 0 0 ) 【 摘 要】 近年来， 混凝土温度应力在超长混凝土结构设计中一直被重点关注。文章结合实际工程， 介绍混凝土框架结构 的温度作 用计算方法 并从设计构造措施、 原材料 、 施工等方面对该 类超 长混凝土框架结构构造措 施提 出设计建议 。 【 关键词】 超长混凝土结构； 温度应力； 收缩； 徐变 【 中图分类号】 r I U 3 7 5 4 【 文献标识码 A 【 文章编号】 1 0 o 5 6 2 7 0 ( 2 O 1 3 ) o 3 一 o o 3 5 0 3 An a l y s i s a n d De s i g n P r a c t i c e o f Te mp e r a t u r e Effe c t o n S u pe r - l o n g Co n c r e t e S t r u c t u r e XI AO We i L EI Ha i - l a n g ( N a n j i n g B r a n c h C o mp a n y o f C h i n a C o n s t r u c t i o n D e s i g n I n t e rna t i o n a l ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 0 C h i n a ) Ab s t r a c t ：T e mp e r a t u r e e f f e c t o n o v e r l o n g c o n c r e t e s t r u c t u r e s h a s b e e n f o c u s e d o n r e c e n t l y I n t h i s p a p e r ， i t i s i n t r o d u c e d t h a t h o w t o c o mp u t e t h e t h e r ma l s t r e s s o f s t r u c t u r e，wh i c h i s b a s e d o n a n e n g i n e e rin g p r a c t i c e Mo r e a d v i c e s s u c h a s s t ruc t u r a l me a s u r e s ，ma t e ri al a n d c o n s t ruc t i o n r e q u i r e me n t o n o v e r l o n g c o n c r e t e f r a me a r e als o i n c l u d e d Ke y wo r d s：s u p e r - l o n g c o n c r e t e s t ruc t u r e ； t h e rm al s t r e s s ； s h ri n k a g e ； c r e e p 1 工程概 况 工 程位于昆 山市 总建筑 面积 3 2 6 9 1 7 m ， 地上建筑 面 积 2 6 6 8 6 2 m 2 。地下建筑 面积 6 0 o 5 5 m 2 。该项 目由 l 5栋 2 9 3 l层的高层住宅 和一个大底盘地下室组 成。各栋住宅 地 下室和大地库地下室连为一体 。 地下室最长处约 3 4 0 m， 最宽处约 2 2 0 m。地下室顶板覆土厚 1 2 m。地下 室顶板平 面见 图 l 。高层住 宅为剪力墙结构 、 桩筏基础 ， 地下车库 为 框 架结 构 柱下独基加 防水板 。 局部设置抗拔桩 。地下 室顶 板 采用井字梁楼盖 板厚 2 5 0 m m。 2 温度作用取值 温度作用取值需考虑试用期间温差和混凝土 的收缩当 量 还需要考虑混凝 土徐变对结构 温度应力 之折 减。 2 1使用期间温差 地下室为框架结构 在地下室位置设置温度后 浇带及 沉降后浇带且后 浇带 间距不大于 4 0 m 5 0 m。设计要 求温 度后浇带在同层浇筑完 1 8 0 d后封闭：沉降后浇带在主体 封 顶且 沉降稳定后封闭 所以本工程设计计算时可仅考虑 使 用期间的温差作用 。一般规定 以最高与最低月平均 温度 的变化值作为年温变化幅度【 I】 。具体可按式( 1 ) 计算 AT l = 7 7 一 ( 1 ) 式 中， 为 最热月平 均气温 ； 为最冷月 平均气 温； 为混凝 土合拢 时的平均温度 。 2 2 混凝土 自身 的收缩 当量温 降 混凝土 的收缩变形采用 当量温 降 来计算13 1 圈 l 地下窒顶板平面图 【 6 ， 一 8 ， 】 & 2 ( 2 ) 式中： 8 ， 为混凝土最终收缩应变； 8 t ， D为混凝土 在 t 时期 内应变； t 为混凝土龄期； t B 为收缩开始时混凝土龄 期 。 假定为 3 d ； d 。 为混凝土线膨胀系数， 取 1 O x l ， 。 本案 中 t = 1 8 O d ( t 为龄期 此时完成部分收缩 ) 。根据文 献 4 1 推导混凝土收缩应变公式计算可知 ： 8 ， 3 ) = 3 40 3 8 x 1 0 - o e ,( 1 8 0 3 ) = 1 5 8 6 x l 0 r 6 AT z = ( 3 4 0 3 8 - 1 5 8 6 ) x l 0 l x l O = l 8 。 【 收稿E t 期1 2 0 1 3 - 0 2 2 1 作者简介】 蔚 ， 中 国 国 际 ( 深 圳 ) 设 计 顾 问 有 限 公 司 南 京 分 公 司 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 3年第 3期( 总第 1 5 5期 ) 2 3 综合温差 混凝 土徐变是混凝 土材料 固有特性 在温度应力作 用 下 ， 由徐变产生 对构件约束应力 、 应 变造成不断减 小 。 从 而 导致温度应力的不断减小 因此混凝 土徐 变性 能是 超长混 凝土结构温度应力计算 中必须考虑 的因素 考虑 到混凝土 徐 变引起温度应力的 巨大卸载效 应 ， 取 0 3的松弛 系数( 松 弛系数 H( t ， 1 T ) ：0 3 0 5 ) 四 。 升温作用 下混凝 土受压 对混凝土影响不明显 。 故不考 虑升温作 用 ， 本文仅考虑降温温差影响 。 因此确定工程综合 温差为 ： A T = ( 2 5 + 1 8 ) x 0 3 = 6 3 温度 应 力 有 限 元分 析 3 1 M i d a s g e n计算模型 地下室顶板标高处 与顶板相连的主体塔楼均为剪力 墙结构 ( 主体在顶板 以下位置 四周均设置挡土墙 ) 并采用沉 降后浇带分开 。 待主体封顶沉降稳定后方可封闭 。 考虑到塔 楼及裙房平面尺寸较小 自身温度应力及对下部结构的影 响均较小 ， 故仅对 1 层地下室进行温度效应分析 。 针对梁柱按杆单元模拟 ， 楼板 和墙体按壳单元模 拟 墙 体 、 楼 板壳 单元 按梁 自动剖分 。 建模 时柱墙底部支座按 固接 考虑 。 分析 时温度荷 载取 降温 A T = 一 6 C 。 地下 室外墙及柱混 凝土等级为 C 4 0 楼板和梁混凝土强度等级为 C 3 0 。混凝土 在温度应力作用下考虑混凝土塑性变形 楼板弹性模量折 减系数取 O 8 5 。 弹性模量为 0 8 5 x 3 0 0 x l o 4 N l mm 。 3 2 计算结果 大面积混凝土楼板分析结果如下 ： ( 1 ) 地下 室楼板 温度应 力较 为均匀 约为 1 8 9 MP a ( 如 图 2所示) 。楼板混凝土强度等级为 C 3 0 ( fi k = 2 0 2 M P a ) ， 现 有 混凝 土 自身抗拉应力 已满足设计要求 ( 2 ) 主楼与地下室交接局部拐角位置温度应力较大 。 约 为 2 1 2 MP a 。该现象产 生原 因为交界处拐 角因降温 出现应 力集中。对于此类位置 ， 设计 中将予 以加强 。 ( 3 )主楼坡道 与地下 室交接位 置温度应力较 小 ，约为 1 8 6 MP a 。该现 象产生 由于 自行车坡 道在计算 标高位 置无 板 楼板温度荷载得 以卸载 。 ( 4 )在降温综合温差 的作 用下结构变形 由外 向内逐渐 变小 中间部位 变形最小 ， 如图 3所示 。竖 向构件水平变形 最大值为 0 2 8 mm 发生在结构外墙与顶板相接处。因底部 支座假设为嵌固 竖 向构 件在底部 不能 自由变形 ， 层间变形 较大 设计 时应予 以考虑 。 4减 少温 度应 力的几点措施 4 1 设计加强措施 ( 1 ) 本工程在主楼与地库交界位置设置沉降后浇带， 地库 中设置双向贯通温度后浇带 后浇带之间的距离为 4 5 m 5 0m 。 后浇带封闭时间如前所述 ( 2 ) 地下室外墙水平筋全截面配筋率按 0 6 设计 ， 且采 用细而密的配筋 图 2 地下室顶板温度应力图 图 3 地下室顶板变形 图 ( 3 ) 地下室 顶板采用 井格梁 布置 ( 约 2 7 mx 2 7 m) ， 板 跨小 ， 板厚 2 5 0 m m 顶板 在竖 向荷 载作用下 应力很小 。 ( 4 ) 顶板在地库南北 2个区域连接的中间细腰位置( S - W 轴间) 板面和板底配筋率均按 0 4 0 通长设置 。 适当增加。 ( 5 ) 采 用收缩补偿混凝 土 在混凝土中采取添加外加剂 以减少温度 收缩 的影 响 对添加剂的掺量如表 3 所述 。 4 2 原材料要求 为降低混凝土水化热及收缩 、徐变等因素对混凝 土构 件 的影 响 设计 中对施工原材料提 出如下要求 具体详 见表 l 、 表 2 、 表 3 。 4 3 施工要求 ( 1 ) 混凝土配合 比： 应提前进行按高性能混凝 土配合 比 的设计 ( 对混凝 土材料要求及添加剂掺量如前所述 同时可 采用复合减 水剂 ) ， 并 通过有关 的性 能试验后确 定 ， 试 配应 采用工程使用的原材料 。 检测条件应与施工条件相 同。 ( 2 ) 地 下室底板 、 顶板混凝 土振捣 及养 护 ： 振捣必 须密 实 ， 不得漏 捣、 欠振和过振 。 地下室底板 、 顶板应在混凝 土初 凝后 、 终凝 前采取二 次压 面( 减小混凝土硬化前后裂缝 ) 成 型后立 即覆盖塑料薄膜 上覆麻包 或草包 等保温 材料 并保 持混凝土面湿养护不得少 于 1 4 d 。 当混凝土表面干燥 ， 要及 时浇水 。 应 能保持混凝土处 于湿润状态 。 表 1 混凝 土骨料选 用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m