超长混凝土结构裂缝控制设计(midas)

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1、万方数据·上海建设科技2013年第6期·超长混凝土结构裂缝控制设计徐志军宏润建设设计研究院摘要上海漕河泾浦江高科技园B楼，其长度方向超过现行规范规定的不设置伸缩缝的间距要求，考虑外界温度变化引起的温差和混凝土收缩"-3量温差的综合影响，采用MIDAS有限元软件分析计算了超长结构的温度应力。根据计算结果采用了后浇带与无黏结预应力相结合的综合抗裂技术，工程实践证明效果良好。关键词超长结构裂缝温度应力无黏结预应力人们对建筑物功能和布局要求的提高，使大型公共建筑、商业中心及标准化厂房等工业和民用建筑物出现了超长框架结构体系。鉴于建筑与结构的整体性要求，此类

2、建筑一般不设温度伸缩缝，或设温度伸缩缝，但间距却超过了规范要求。对于超长结构体系，如果不采取相关措施，那么材料的收缩与徐变、施工的水化热以及季节、日照温差等的影响，结构的变形约束就会成为施工和使用过程中的变形荷载，最终导致结构的大面积开裂，影响建筑物的正常使用。通常收缩应力和温度应力是超长混凝土框架体系梁板结构楼面和屋面出现裂缝的主要原因。据相关资料统计，变形荷载引起的建筑物开裂和失效占结构工程开裂和失效事故总数的80％m，因此，超长框架结构体系的温度裂缝控制是设计和施工过程中必须予以重视和解决的问题。1工程概况上海漕河泾浦江高科技园B楼位于闵行区

3、浦江镇，东西长135．3m，南北宽51．7m，总建筑面积约2．51万in2。B楼地上3层，地下1层，屋面结构标高16．500m，为框架剪力墙结构，梁板混凝土强度等级均为C30。因办公楼北侧与整体工程大地下室相连，因此地下室剪力墙仅布置在办公楼南侧及东西两侧。地下室顶板厚200mm，2层、3层楼面板-66．—厚120mm，屋面板厚150mm。为保证结构的整体性和连续性，整个建筑物不允许设置任何形式的永久缝，因此本工程东西向长度严重超过了现行规范GB50010---2010《混凝土结构设计规范》第8．1．1条规定的伸缩缝设置间距要求。地下室顶板平面布置

4、见图1。2超长结构抗裂设计2．1温差计算超长混凝土结构温差计算主要包括两部分，一部分为外界温度变化而引起的温差，包括季节温差、内外温差和日照温差；另外一部分为由于混凝土收缩而引起的当量温差。根据现行GB50009--2012《建筑结构荷载规范》及上海气象变化相关资料，夏季(最热)平均气温为36。C；冬季(最冷)平均气温为一4。C，假设结构完成时的温度为20。C，由于外界温度变化而引起的最大降温工况温差为24℃。混凝土收缩而引起的当量温差主要根据混凝土裂缝理论f2]进行计算，具体计算方法如下：首先根据式(1)确定混凝土的收缩应变：n△s，(f)=s：

5、(1一一D1。b)‘肘l·^如⋯^￡n—s。(1-e‘0叭“t1)·肘l·腹⋯％(1)万方数据·上海建设科技2013年第6期·图1地下室顶板平面布置示意式中：△占，(f)——龄期为t。。t：时，混凝土收缩引起f习3～冈5、的相对变形值8：——在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值t，、￡厂计算混凝土收缩相对变形值的龄期起始时间和结束时间M。·％⋯埘。I_一混凝土收缩值不同条件影响修正系数，可按照王铁梦《工程结构裂缝控制》相关表格取用然后根据式(2)确定混凝土收缩当量温度：L(t)：尘丛丛(2)。d式中兀(f)——龄期为t时，混凝土收缩当量温度r

6、混凝土的线膨胀系数，取1．0×10。5本工程分别选取混凝土浇筑后的15d、30d、60d、90d、180d作为计算参数，混凝土极限收缩应变为4．0×10一，强度等级为C30，水泥采用普通525号，水泥细度为3000，采用花岗岩骨料，水灰比0．4，水泥浆量25％，初期养护4d，环境相对湿度40％，水力半径倒数O．05，采用机械振捣。根据上述计算参数，由式(1)、式(2)计算的本工程的混凝土收缩当量温差为16℃。考虑到}昆凝土徐变作用的有利影响，取用徐变折减系数为O．3，因此最终设计计算降温温差为：0-3×(24+16)=12(oC)2．2温度应力计算

7、分析温度应力计算采用MIDAS／Gen有限元分析软件，梁、柱均采用梁单元模拟，楼板采用板单元模拟，建立的有限元分析模型见图2所示。因地下室受外界环境变化影响较小，因此结构温差变化仅作用于地下室顶板及其以上的结构部分，地下室剪力墙不考虑降温的影响。温度应力计算结果分别见图3地下室顶板纵向应力分布一．一一，o．⋯一．：：==：=j==：=七一～．：‘．．．．．．．L．．．．』一j．一一。—_t一÷-—‘‘一．÷一．；．．—L一L一蓬主主圭主。二～—■—』一．二一L图42、3层楼板纵向应力分布图5屋面板纵向应力分布根据上述计算分析可以看出，地下室顶板由于

8、地下室剪力墙约束的作用，因降温而产生的最大拉应力发生在结构中间靠近南侧剪力墙处，约为3．5MPa，结构边缘的拉应力最小，约