大空间超长框架结构温度应力的研究

编号：AQ-JS-09893

( 安全技术)

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大空间超长框架结构温度应力

的研究

Study on temperature stress of large space and super long frame structure

大空间超长框架结构温度应力的研

究

使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

一、研究的目的和意义

近年来，随着我国改革开放的不断深入，国民经济得到迅速发展，综合国力不断增强，城乡建设也发生了日新月异的变化。我国在建筑设计、施工技术等方面都有了飞速的发展，建筑正朝着规模更大、结构形式更复杂、功能更齐全的方向发展。各种大柱网、大面积、大空间结构形式的公共建筑和工业厂房也不断涌现出来。鉴于建筑与结构的整体性，此类建筑一般采用预应力框架结构，为了减少混凝土材料的收缩及温度变化所带来的长度变化对结构的危害，可在结构中设置温度伸缩缝，伸缩缝的宽度一般为50mm,文献混凝土结构设计规范规定的钢筋混凝土框架结构伸缩缝的最大间距:结构处于室内或土中时，现浇式框架结构为55m，露天时，框架结

构为35m。

但是,由于地震引起的结构在伸缩缝处的破坏现象较多,而伸缩缝按抗震缝宽度设计又会给防风、防水和保温等建筑构造带来许多困难。目前，高层建筑由于功能上的需要，一般要求不设或少设伸缩缝，致使钢筋混凝土结构长100m以上者日见增多，从80年代开始，在民用和工业建筑中，为满足使用功能和生产工艺需要，逐步开始使用超长混凝土结构，通常将这种建筑的梁板称为大面积现浇楼盖结构，就是长度和宽度都超过规范不设缝要求的结构。大面积现浇楼盖也就随之产生了。进入90年代以后，国内大量涌现出不同类型的超长大面积现浇楼盖结构。现将己建成的一些工程列举如下。首都国际机场新航站楼，沈阳桃仙机场扩建工程，杭州萧山国际机场候机楼，深圳华侨生态广场，珠海拱北口岸联检大楼，厦门SM商业城，福州汇多利装饰城，北京东方广场等，这些工程由于不按照规范设置伸缩缝，多数采用无粘结预应力楼盖体系，楼板中设置预应力筋，利用后浇带将平面分为若干个施工区，

由于不设或少设温度缝将使结构产生严重裂缝，影响结构的正

常使用。由于大面积现浇楼盖结构平面尺寸很大，又不设伸缩缝，若不采用相应的设计或施工措施，将会出现大面积开裂的现象。有些裂缝直接影响了工程的施工质量，例如卫生间的楼板，如果出现贯穿性裂缝将会导致漏水现象。当楼板处在不稳定温度场、干湿交替、有侵蚀介质以及承受激烈动荷反复作用条件下，裂缝会随时间的增加而扩展，还会产生表面网状裂缝、表面酥松剥落、较快较深的钢筋锈蚀及混凝土碳化和逐渐增加挠度等，给整个工程带来极其严重的危害。还有的工程由于裂缝问题被迫停工处理，甚至不得不修改设计方案，造成了极大的损失。

对超长结构的温度变形与温度应力若在结构设计中处理不当，将会引起很大损失。由于建筑物体型复杂，各处温度参数很难，计算框架结构的温度应力存在着很大困难，这就使得在实际的工程计算中，人们采用简化的计算方法，得出的结论粗糙。甚至在结构计算中不考虑温度作用，只做构造处理。因此大空间框架结构的温度效应问题是结构设计中的一个重要问题，本文正是在此背景下进行研究的。

由于超长框架结构是近几年才涌现出来的新型结构形式，在过去的几十年中，国内涉及到这种结构形式的工程较少，国内外的研究成果主要集中在大体积混凝土、桥梁、压力容器等混凝土结构中，对于框架及大面积楼盖结构温度应力的分析研究资料很少。因此对此类结构温度效应理论的研究较为空白。我国规范、规程及各类专著中对大面积现浇楼盖结构的设计和施工方法也没有明确的规定解决超长框架结构裂缝问题的关键是如何解决楼盖的温应力问题。但是在大面积现浇楼盖结构的设计过程中，并没有计入温度荷载的影响，

我国正在建造一些超长高层建筑，为了保证超长高层建筑结构在温度作用下正常使用和建造的经济性，急需此方面研究成果。超长高层建筑结构整体计算模型异常复杂，加之温度作用问题的复杂性，造成超长高层建筑结构温度问题计算理论还不完善，也需要开展此方面的研究，以丰富高层建筑结构分析的内容。

二、国内外技术现状、水平与发展趋势

（一）收缩徐变的研究

收缩徐变是影响楼盖应力的一个重要因素。近年来，研究人员主要是对徐变和收缩的数学模型及结构分析理论进行改进工作。东南大学的韩重庆、冯健、吕志涛等人从混凝土徐变计算的龄期调整有效模量法(T-B法)出发，通过对比典型框架在混凝土收缩及温度变化作用下的弹性和徐变解析解，提出了框架结构约束系数和徐变应力折减系数的概念及计算方法，结合框架结构空间弹性有限元分析，得到了大面积混凝土梁板结构温度应力分析的徐变应力折减系数法。为大面积梁板结构的温度应力的研究提供了一个简便有效的计算方法。

（二）温度应力的研究

国外关于温度应力方面的研究，提出了横向温度应力估计值，定量地讨论了厚壁箱梁的温度应力问题，认为温度应力是预应力箱梁发生裂缝的主要原因。开展了一系列的现场实验观测和理论研究，们通过温度场理论，应用有限元法进行温度应力的计算，得出控制温度、防止裂缝的技术措施。但是以上的研究多数是针对大体积水下混凝土工程的。有限元分析方法以其强大的计算能力已经被广泛

应用于结构温度应力分析，但就目前的研究成果来看，多是针对结构的局部构件进行研究，或是对整体结构的温度应力进行定性分析，很少有定t给出温度应力大小范围的文章。应用有限元分析方法，对整体超长框架结构温度应力问题进行系统分析，还有待进一步研究。

三、主要技术、经济指标及预期成果形式和水平本文将在现有研究成果的基础上，对超长框架结构温度应力问题进行探讨，研究成果为进行超长框架结构温度问题的合理设计提供基础。基于这一背景，本文将主要进行了下述几个方面的研究工作:

1.建立符合钢筋混凝土框架结构实际结构特点的结构有限元分析模型，供超长钢筋混凝土架结构温度应力问题分析使用，解决超长高层建筑结构温度应力问题。采用简化计算模型计算误差过大的缺陷。

2.完善温度作用和温差取值的计算原则，给出计算水平温差△T 的表达式，建立超长钢筋混凝土框架结构建筑结构在温度作用下的方程，提出相应的求解策略。

3.通过计算给定温度对超长钢筋混凝土框架结构结构的影响，探