某平面不规则教学楼楼板温度应力分析

某平面不规则教学楼楼板温度应力分析
发表时间：2020-04-09T03:09:02.249Z 来源：《防护工程》2020年1期作者：徐方舟
[导读] 本文通过有限元分析软件，主要分析了温度作用下楼板平面内应力分布情况，并提出了可行的技术应对措施，以供类似工程参考。

中信建筑设计研究总院有限公司湖北武汉 430014
摘要：本工程为某学院教学楼，由于平面尺寸较大并且存在凹凸不规则，在进行楼板设计时需要考虑温度作用的影响。

本文通过有限元分析软件，主要分析了温度作用下楼板平面内应力分布情况，并提出了可行的技术应对措施，以供类似工程参考。

关键词：混凝土楼板；温度作用；应力分析
1 工程概况
本工程位于湖北省孝感地区，主要建筑功能为教学楼，层数为地上4层，采用框架结构，平面尺寸约为83.15m×86.80m，标准层布置如图1所示，楼板厚度为100~140mm，结构梁板混凝土强度等级采用C30，钢筋采用HRB400。

结构平面尺寸较大，超出《混凝土结构设计规范》[1]中伸缩缝最大间距限值，而且结构中部存在细腰部位，属于平面凹凸不规则，因此有必要对楼板温度应力进行计算分析。

计算软件采用YJK，楼板采用弹性膜单元，楼板最大单元尺寸为1m。

图1 标准层平面布置图
2 温度作用取值
本工程地面以上结构为冬季采暖夏季空调的教室，结构使用温度取10~26℃（室外温度取值：-5℃~37℃）；后浇带的合拢温度取20±5℃，即15~25℃。

混凝土结构的温度作用取值如下：
（1）均匀温度作用标准值：
结构最大温升工况：ΔTk=结构最高平均温度Ts，max－结构最低初始平均温度T0，min=26-15=11℃结构最大温降工况：ΔTk=结构最低平均温度Ts，min－结构最高初始平均温度T0，max=10-25=-15℃（2）混凝土收缩当量温差ΔTs
混凝土浇筑后因水分蒸发出现收缩变形，在混凝土内部产生应力，本文将混凝土收缩变形等效为温度作用，即混凝土收缩当量温差。

根据《建筑结构荷载规范》[2]，取混凝土收缩当量温差为ΔTs=-10℃。

升温工况时不考虑收缩当量温差：11℃；降温工况虑收缩当量温差：-15-10=-25℃（3）徐变对混凝土温度作用的影响：
由于混凝土结构存在徐变现象，混凝土构件的内力随时间的延长而逐渐减小，考虑混凝土徐变应力松弛特征的非线性，参考《工程结构裂缝控制》[3]中的建议，计算中一般取徐变应力松弛系数0.3。

综合以上分析，计算温差取值如下：升温工况：11x0.3=3.3℃，取4℃；降温工况：-25x0.3=-7.5℃，取-8℃。

3 楼板温度应力计算
利用YJK软件对楼板温度应力进行计算，全楼楼板属性采用弹性膜，图2给出了结构在温度作用下变形示意图，对比发现：升温工况下楼板主要受压，降温工况下楼板主要受拉，而且产生降温工况较升温工况楼板变形及应力计算值更大，故本文重点分析楼板在降温工况下的楼板应力。

4 结论
本文以某平面不规则教学楼为工程背景，分析了温度作用下楼板平面内应力情况，结果表明：升温工况下楼板主要受压，降温工况下楼板主要受拉；与嵌固层相邻楼层的楼板温度应力最大；温度应力较大的楼层宜加大板厚并双层双向配筋加强，同时在拉应力较大区域楼板内附加钢筋抵抗温度应力。

参考文献：
[1]GB 50010-2010.混凝土结构设计规范[S].2015年版
[2]GB 50009-2012.建筑结构荷载规范[S].2012
[3]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.作者简介：徐方舟（1991~），男，硕士，从事结构设计工作。