某超长框架结构温度应力分析及设计.pdf

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1、圃某超长框架结构温度应力分析及设计吴可伟中国建筑西南设计研究院有限公司摘要：在超长框架结构中，容易出现温度收缩裂缝，影响其温度应力的主要因素包括环境温差、混凝土收缩以及徐变等。本文笔者将结合具体的超长框架结构工程实例，简要探讨超长结构温度应力的分析方法及降低其影响的技术措施，希望能对类似工程起到借鉴作用。关键词：超长框架结构；温度应力；后浇带1引言超长混凝土结构是指结构单元长度大大超过相关规范中对混凝土结构的伸缩缝间距规定的限制。通常情况下，若在结构中采用低收缩混凝土材料、设置后浇带以及采用预应力钢筋等措施时，温度应力及收缩应力对结构的影响一般可以忽略。但超长混凝土结构中，如何降

2、低收缩应力和温度应力的影响却是结构设计的重中之重。通过设置温度后浇带可以有效地降低施工阶段的收缩和温度应力，通过添加膨胀剂可以有效降低变形效应的应力峰值，通过设置预应力钢筋可以有效的控制收缩和温度应力。下文将结合某具体工程实例，简要探讨超长框架结构温度应力的设计方法。2工程概况本工程由一栋结构单体组成，结构形式为框架结构，地下三层，地上四层，地面以上不设抗震缝。主要柱网尺寸为8．4m×8．4m，总高度为22．150m，不属于高层建筑。总长度为207．6m，总宽度为57．7m，高宽比为0．38，长宽比为3．60。3超长结构温度应力设计在本工程中，由于整个结构超长且不规则，因此考虑在

3、结构平面上通过设置变形缝将结构在合适的位置断开。通过变形缝的设置将整个结构分成A、B、C、D四个区。各个结构单元平面尺寸均超出规范中规定的框架结构伸缩缝的最大间距55m的要求，因此本工程属于典型的超长结构。其中二层B区在所有单元区域中长度最长，同时受到底层柱的约束，因此温度应力对该处的结构内力的影响最为显著。以下将针对二层B区的具体情况讨论超长框架结构温度应力的分析及设计。3．1温差分析在自然环境的作用下引起钢混凝土结构中的温差荷载的主要因素包括三点：季节温差、骤降温差以及日照温差。一般情况下，长期稳定荷载作用下的温度效应对整个结构的内力起到控制作用，而骤降温差和日照温差引起的的

4、短期温度作用一般只考虑温度场趋于稳定后的温度效应。3．2收缩当量温差分析当进行结构收缩当量温差分析时，采用B3模型对结构的收缩和徐变进行模拟分析。这种B3模型能够较好的对结构的收缩和徐变进行模拟，根据相关的工程经验可知，这种模型的计算结果与试验结果吻合度较高。收缩应变在分析中是随着时间而发展变化的，在该模型中，往往采用极限收缩应变乘以一个相关系数以表示收缩应变，该相关系数考虑了相对温度、时间效应以及尺寸效应。当进行极限收缩值的计算时，应重点考虑的因素包括水分含量、构件尺寸、相对湿度等参数，这些参数均与水分蒸发有关，这是因为引起混凝土收缩的关键因素是水分的蒸发。依据B3模型计算得到

5、的极限收缩应变为4．14×10～，考虑到工程的具体情况，将收缩量保守的取为10％的最终收缩量，即为2．69×10～。将混凝土收缩时的应力松弛系数取为0．3，这样即可得到等效降温温差-8．1℃。根据相关的数据可以计算得到总升温温差为29．3℃，总降温温差为一36．2℃。因此在本工程中计算时统一取温差更大的降温工况进行分析。3．3温度作用下的框架内力将B区结构中最长的一榀框架取为计算单元，在其上施加降温荷载一36．2。C，通过计算得到温差荷载作用下计算单元的轴力、剪力和弯矩。根据计算结果可知，在该计算单元中，梁最大的轴力可达到1756．4kN，可见需要加强梁的纵向配筋。柱中的剪力呈现

6、中间跨小两边跨大的趋势。剪力和弯矩的最大值出现在靠边第二跨的柱子上，最大剪力为556．4kM，最大弯矩为2017l(N．m。在结构整体分析中，考虑到工程的具体情况，温度作用组合系数取为0．7，分项系数取为1．3。当在结构设计中考温度作用时，靠近边跨的柱内力有所增加，需要提高其配筋率，这符合上文分析的内力变化趋势。3．4温度作用下的楼板应力当楼板在降温工况的作用下，会在其内产生拉应力。在本工程中，楼板面积最大的楼层为第二层。在二层楼板处，除了中间进行开洞外没有任何的分隔。而其他楼层的楼板在内部设置了中庭，将楼板分成了若干个单元。因此，采用有限元软件对二层B区框架及楼板进行整体的建模

7、分析，主要分析内容为温度作用下的楼板应力。与前文一致，仍按降温工况进行计算，温差取为一33．1℃。由于该处柱网分布较密，故楼板所受到的水平约束作用也较强，因此在降温工况的作用下，楼板中所产生的拉应力也较大。经过计算分析可知，在楼板横向跨中缩进部位与开洞部位的角部拉应力均较大，应力大小为2．5’4Mpa。本工程混凝土楼板采用的材料为C35，其抗拉强度标准值为2．20MPa，计算所得楼板应力超过C35混凝土抗拉强度标准值，楼板可能产生裂缝，因此需要对该处楼板进行加强。本工程楼板配筋采