超长混凝土结构温度应力分析

超长混凝土结构温度应力分析
摘要：温度应力是超长混凝土框架结构需要考虑的重要问题。

结合大石桥市某项目，介绍了混凝土结构温度荷载对建筑的影响，采用有限元软件midas/gen8.0对超长结构温度效应进行了分析，并提出了相应的措施。

关键词：超长钢筋混凝土结构；温度应力
0、引言
目前，为了满足生活工作需要，我国的大型公共建筑逐渐增多，由此整个结构单体平面尺寸日益增大，形成了超长、超大建筑物。

如果这类建筑物采用钢筋混凝土结构，为满足美观、防水、保温等建筑功能，故长度超过了gb50010—2010《混凝土结构设计规范》所规定的伸缩缝最大间距。

因此，设计时必须认识超长结构的温度应力分布特点，才能做出合理的结构设计。

本文利用midas/gen8.0对某工程实例进行分析，以得出符合力学原理与工程实际的超长结构解决方案及措施。

1、工程概况
本工程总尺寸为129.4m×57.8m，其中含有三部分，中间为主楼，左右两侧各有裙房一个。

主楼为地下一层，地上十六层的框架剪力墙混凝土结构，建筑总高度为71.4m；两侧裙房与主楼设缝断开。

主楼高层部分长为75.6m，宽为24m，长度超过了gb50010—2010 《混凝土结构设计规范》所规定的伸缩缝最大间距。

为减小施工阶段解决混凝土收缩引起的温度应力，设置两条后浇
带，间距在30m左右。

故不考虑后浇带封闭前的温度应力影响。

2、温度作用取值
2.1施工阶段预测分析：
根据建设单位工期及工程实际，2011年7月中旬开始基础施工，120天完成主体施工，即2011年11月底完成主体施工。

预计：2012年4月中旬封闭后浇带。

2.2环境温度分析
施工阶段环境温度确定：本工程于2012年4月封闭后浇带，即建筑合拢，此时月平均温度为10℃。

建筑合拢后于2012年11月采暖期开始前完成装修并投入使用。

此阶段（4月～11月）月平均温度最低为2℃，最高为33℃，故降温温差最大为-8℃，升温温差最大为+23℃。

2.3温度作用取值
通过计算混凝土收缩量，以确定等效降温温差。

计算公式如下：3、温度应力有限元分析
3.1、分析模型
楼板采用弹性板假定，梁、柱采用梁单元，墙、板及基础筏板采用板单元，单元边长为1.0m。

地下室内部竖向构件底部设为完全约束，地下室外墙根据地勘资料设置面弹簧刚度cx=cy= 50000kn/m3，
c z=15000kn/m3，反映土对地下室的嵌固作用。

3.2、梁板应力分析结果：
根据楼板的温度应力分析可知，降温温差在楼层内产生的x方向
的应力比y方向的应力大，其中一、二层较为明显；一层板内产生的x方向的拉应力最大为1.5mpa，y方向的应力最大为0.4mpa；x、y方向只在钢筋混凝土剪力墙、框架柱及楼板开洞附近局部存在较大的应力；层x向的梁绝大多数受拉，拉应力最大值为1.4mpa，剪力墙附近的梁（连梁）在x方向的温度应力较大，洞口附近x向梁以及x向边梁的应力较大，y向的温度应力相对较小。

二层板内产生的温度应力较小，其中x方向的应力最大为0.5mpa，其中拉应力占较大比例，y方向的应力最大为0.15mpa，大部分为拉应力；二层梁温度应力较小，其中x方向的拉应力最大为0.8mpa，剪力墙附近的梁（连梁）在x方向的温度应力较大，洞口附近x向梁以及x向边梁的应力较大。

y向的温度应力相对较小，且受压为主。

三层及以上楼层的梁板受温度应力影响较小。

3.3、混凝土剪力墙温度应力分析
温差效应在地下室挡土墙平面内产生的应力σx、σy最大值为2.3mpa；温差效应在各个楼板的上下两米范围内产生拉应力，一层最大值为0.7mpa，二层最大值为0.4mpa，而在远离楼板的墙体中表现的不是很明显；二层墙肢中的应力远小于一层墙肢的应力，其余楼层应力越来越小。

3.4、混凝土框架柱内力分析
温度作用对框架柱有影响，在温度作用下框架柱内产生弯矩。

一层的框架柱弯矩值大于二层的框架柱弯矩值，三层及以上各层弯矩很小，组合后不起控制作用。

4、技术措施
4.1、梁板
根据楼板温度应力分析结果，一、二及三层楼板内应增设温度钢筋，增加的数量按配筋率ew%= ×100%确定，增设温度钢筋应均匀配置在楼板顶面及底面。

一层剪力墙及洞口周边配筋较大，其中一层x向按0.6mpa应力增设温度钢筋，洞口四角按1.0mpa增设温度钢筋，y向按上述1/2取值；二层按0.3mpa应力增设温度钢筋，洞口四角按0.5mpa增设温度钢筋，y向按上述1/2取值；三层按0.1mpa 应力增设温度钢筋，洞口四角按0.2mpa增设温度钢筋；其余各层楼板温度应力较小，在无筋区域增设温度0.1%的温度钢筋，在洞口附近增设0.2%的温度钢筋。

屋面受温度影响较大，应力状态复杂，应采取加强措施，可按一层结果配筋。

梁增设的温度应力钢筋配置在梁的两侧，按腰筋的构造设置；其中一层x向按0.8mpa应力增设温度钢筋，局部与剪力墙相连处按1.4mpa增设温度钢筋，y较小，仅按构配置即可；二层按 0.5 mpa 应力增设温度钢筋，大洞口四角、局部与剪力墙相连处按0.8 mpa 增设温度钢筋，y较小，仅按构造配置即可；三层以上x向按0.3mpa 应力增设温度钢筋，y 向按构造配置。

顶层参考一层配筋。

4.2混凝土剪力墙和框架柱
根据墙体温度应力分析结果，地下室挡土墙按不小于1.5pa的水平温度应力钢筋考虑，并综合其他条件设置；一层、二层及其他未给出层的墙体计算得出的温度组合不起到控制作用，配筋按照其他
条件设置。

框架柱由温度引起的内力组合不起控制作用，配筋按照其他条件设置。

4.3后浇带设置
施工中设置后浇带，并在混凝土浇筑六个月，主体封顶，并且在每年的四月或10月封闭后浇带，施工中加强混凝土的养护。

结束语：该工程已完工，在使用过程中未发现任何质量问题和其他异常。

通过工程实例证明采用上述解决方案及措施取得了较好的收益。

作者简介：
刘晓伟-1983年3月出生，男，工程师，工作单位-中国建筑东北设计研究院有限公司
何永智-1973年4月出生，男，工程师，
白雨奇-1989年3月出生，男，助理工程师，。