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1、第22卷第6期建 筑 结 构 学 报Vol.22,No.62001年12月JournalofBuildingStructuresDec.,2001文章编号:1000-6869(2001)06-0014-06超长混凝土结构的研究与应用冯 健,吕志涛,吴志彬,韩重庆,周广如(东南大学土木工程学院,江苏南京210096)摘要:本文结合南京国际展览中心工程,对超长混凝土结构的设计、温度应力的有限元分析以及施工措施等进行了深入的探讨,并介绍了长期测试结果。关键词:超长混凝土结构;预应力;温度应力;现场测试中图分类号:TU378文献标识码:A2 结构设计1 概述复杂结构的设计应
2、该综合考虑各种因素。首先结 近年来,我国各种大型公共建筑的建设得到蓬勃构布置应合理,其次计算分析应充分,还应有相应的构发展,建筑师对不设缝的混凝土结构的长度要求越来造措施。越高。211 结构布置英、美、法、日等国的混凝土结构设计规范对伸缩超长混凝土结构最难解决的并非拉应力,而是端缝间距无严格规定,只要求超过一定长度后计算温度部结构的变形。主要抗侧力构件(如抗震墙)宜布置在引起的应力并采取必要的措施。我国规范(GBJ10-结构中部,便于两端构件以中部为对称轴,相对容易地89)第61111条规定了伸缩缝最大间距,同时规定,采胀缩,一方面可以减少温度应力,另一方面避免施
3、加预取一定的措施后可以超过55m。随着计算分析手段以应力引起端部抗侧力结构的破坏。宜在相对较短的方及材料科学的不断进步,结构工程师有可能在一定限向布置主要承重框架。度内设计出远超过现行规范所规定的伸缩缝间距的超南京国际展览中心二层楼面纵、横向的梁、板均采长混凝土结构。国内已有混凝土结构不设缝的长度超用预应力混凝土,支承三层大跨钢拱架处的柱为组合过200m的工程。钢管混凝土柱,其余部分为钢筋混凝土柱(见图6)。南京国际展览中心是由江苏省、南京市政府筹建梁采用有粘结、板采用无粘结预应力筋。主要承受竖2的大型展览馆,建筑面积108000m,是南京市的标志向荷载的框架用横向
4、框架(112m方向),其上布置次性建筑之一。工程主体部分为两层的部分预应力混凝梁承受板荷载,使得板的主要受力方向与横向框架一土框架,局部四层,整个二层楼面不设温度缝,剖面如致,这样可以避免将主要受力构件布置在受温度应力图1所示,平面如图6所示,部分预应力混凝土框架最影响最大的方向。为减轻自重,次梁采用钢桁架。长不设缝长度按轴线计算达到261m,宽约112m,柱距212 处理温度应力的方法27m。工程已完成,现场实测一年,效果良好。东南大超长混凝土结构解决温度应力问题常采用的两种学设计并承担预应力施工及现场测试工作。方法是使用膨胀剂(或无收缩混凝土)以及施加预应本文结
5、合该工程对超长混凝土结构分析、设计及力。膨胀剂仅能提供约012～017MPa的预压应力,而施工中需要重视的若干问题进行分析。温差应力可能会超过3MPa,混凝土本身的抗拉强度一般是不考虑的,因为强度达到后混凝土本身不开裂已经十分不易(混凝土施工质量不易保证、钢筋对混凝作者简介:冯健(1963-),男(汉族),江苏靖江人,工学博士,土收缩的约束、结构对混凝土收缩的约束等等使得混副教授。凝土中产生很大的拉应力)。施加预应力可以在混凝14土中建立有效的压应力,同时按目前的预应力施工价εcs(t,ts)=εcsoβs(t-ts)(1)格,即使用预应力筋等强代换普通钢筋亦是经济
6、的(预式中,εcso为名义收缩系数(即极限收缩变形)。应力梁长度超过12m时)。本文认为,对长度超过构件中的季节温差可以用式(2)中余弦函数表示,100m的混凝土结构宜采用预应力技术。式中的最高和最低温度受到很多因素的影响,比如:围213 有限元分析护结构的保温特性、空调等,因此要精确计算构件的季需采用有限元方法进行温度应力计算,不但计算节温差有一定难度,所以设计中一般采用估算值,基本应力,还要计算变形,尤其是边柱的变形,对边柱采取上可以满足计算精度要求。如果要获得温差的准确必要的加强措施。南京国际展览中心工程将纵向两边值,需要进行现场测试。各两排柱中间劈开(次框架
7、方向),侧向刚度降为原来ΔT(t,t0)=015(Tmax-Tmin)×的约1/8,便于楼盖沿长向的变形,有利于长向有效预(cos[2nπ(t-tλ)/365]-cos[2nπ(t0-tλ)/365])(2)应力的建立,同时不影响主要承重的横向框架。式中,Tmax、Tmin分别代表结构的年最高和最低温度,tλ代表从结构开始受到温度作用影响到第一个年最高温度出现的时间。虽然收缩等效温差和季节温差都是温差,但是作用特性完全不同,收缩等效温差是由小到大单调变化的,而季节温差是周期变化的,因此分析中不能将二者直接相加进行计算。4 框架结构的温度应力有限元分析图1 南京国
