浅谈超长结构温度应力分析

张国良

摘要：随着我国经济飞跃发展，人们对建筑使用功能、立面效果的要求也越来越高，尤其是一些公共建筑正逐渐向大型化、舒适化发展。超长的大型公共建筑也经常出现，常规设计需对超长结构设缝来减少温度应力影响，但设缝不仅会影响建筑的使用功能、立面效果，也可能影响结构的抗震性能。为了更好地实现使用功能、立面效果以及结构抗震性能，往往对超长结构少设或不设缝处理，此时就需对超长结构进行抵抗温度作用效应的分析。

[Abstract]WiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,people'srequirementsfortheuseofbuildingfunctionsandfacadesarebecomingmoreandmorehigh,especiallysomepublicbuildingsaregraduallybecominglargerandmorecomfortable.Longlargepublicbuildingsalsooftenappear,theconventionaldesigntothesuper-longstructuretoreducethetemperaturestressimpact.Inordertobetterrealizetheusefunction,theeffectofelevationandstructureseismicperformance,tendtobuylessofsuper-longstructurewithoutsewingprocessing,atthispointwehavetoresistancetotemperatureeffectanalysisofsuperlongstructure.

关键词：超长结构；温度应力

[Keywords]super-longstructure，temperaturestress

引言

随着结构分析方法的日益完善，建造水平的逐步调高，超长结构在现如今的工程中得到越来越广泛的应用，如何采取合理的构造措施及计算分析方法，确保超长结构的安全，成为现如今结构设计的一大热点，纵观目前超长结构设计方法，各地存在较大差异，近年来很多地区开始积极探索考虑混凝土收缩及温度作用对超长混凝土结构的影响，形成了可供工程实际应用的计算方法，并将其应用在实际工程中，已建成多个成功案例，应用效果良好，未出现由于裂缝所导致的工程问题。

一、超长混凝土结构发展概述

超长混凝土结构就是指结构不设置伸缩缝的长度超过了混凝土设计规范中所规定的长度的建筑。实际工程中大多数结构都是超静定的，由于受到约束的作用，当结构受到温度变化而发生变形时，结构就会产生约束应力。这种结构应力和混凝土的尺寸有关系，尺寸越大产生的应力越大，当应力值超过一定的限值后，就会在混凝土结构中产生裂缝。比如我国的有关规范中给出对于处在土基的现浇钢筋混凝土露天结构水池的伸缩缝间距为20m，地下式结构为30m，并且规范中还给出如果有充分的依据或者可靠的措施，可以适当的增大伸缩缝的间距。通常采用的措施主要是：采用能减小混凝土收缩的措施、混凝土浇筑时设置后浇带、运用预应力技术等。

二、工程概况

某高层住宅，地下2层，地上22层，结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用长螺旋钻孔灌注桩筏板基础，建筑平面尺寸为63.5m×21.1m，属于超长结构，根据规范要求需进行温度应力分析，并采取相应的防裂措施。

三、结构分析模型

计算假定：结构地下层数为2层，结构地上层数为22层，采用线弹性分析。梁、柱采用梁单元，墙、板采用板单元。单元边长为1.0m，楼板均为弹性板，模型底部设为弹簧支座模拟地基土刚度。根据地质报告地下车库基础持力层为粉质黏土，地基承载力为170kPa，输入基础刚度，考虑地基对基础底板的弹性支撑作用，地基竖向基床系数取为30000kN/m3，地基水平基床系数取为21000kN/m3，桩的水平刚度为10000kN/m3，传至底板上的水平刚度为2500kN/m3。桩底土为粉质粘土，可塑-硬塑，基床反力系数取值为30000KN/m3，水平刚度为21000kN/m3，加上桩的水平刚度，则基础对底板的水平刚度取值为25000kN/m3。计算模型如图1所示。

四、温度应力分析结果

1、基础底板应力分析结果

由于主楼部分剪力墙较多且筏板较厚，主楼下筏板X方向底板中部的应力分布在0.5-1.0MPa间，两端应力分布在0.2-0.6MPa间，主楼外与构造底板连接处的底板应力在1.0-1.5。Y方向底板中部的应力应力分布在0.4-0.8MPa间，两端应力分布在0.2-0.4MPa间。主楼外与构造底板连接处的底板应力在1.0-1.7。故温度应力作用下：底板的应力按1.0MPa配置温度筋，筏板配筋率为0.28％，单面0.14％，小于筏板构造配筋，取在荷载作用下的配筋作为筏板配筋。构造底板按1.7MPa配置温度筋。防水板配筋率为0.48％，单面0.24％，300厚防水板配筋为Φ12@150，配筋率为0.25％。

2、各层楼板温度应力分析结果

楼板中应力自地下室顶板-屋面应力由大至小，其中地下室顶板应力最大，X方向应力范围1.0-2.2MPa，Y方向范围0.6-1.2MPa；一层楼板应力范围0.7-1.4MPa，Y方向自0.3-0.5MPa；地上二层X方向应力范围0.3-0.8MPa，Y方向范围0.2-0.3MPa；地上三层以上温度应力均小于0.4MPa。根据楼板温度应力结果，需将温度钢筋增设在板中，按增加的配筋率，此应力与荷载作用组合后进行楼板配筋。楼板应力较小（小于0.4MPa）的楼层，在无筋区域增设温度0.1％的温度钢筋。

五、应对温度应力的技术措施

超长结构的温度变化和混凝土收缩是一个不可忽略的问题，因此需要对施工技术提出一些技术要求以减少或避免这些因素对结构的不利影响。主要提出以下几点要求：严格控制混凝土入模温度、水化热温升，里表温差及降温速率；宜将入模温度控制在32℃以下。应在气温较低时浇注混凝土，同时采取降低骨料温度及搅拌混凝土时加入冰屑等措施，严禁现场加水。混凝土浇筑前应对模板进行浇水，充分润湿。混凝土浇筑时振捣时间适当加长，增加混凝土密实度，从而提高混凝土抗裂性能。

六、结语

综上，超长结构温度应力分析是一个较为复杂的问题，目前规范规程虽有一些关于温度应力方面的规定但都比较简要，所以在实际的工程应用中要结合结构分析模型，合理计算温度作用温差值，并通过有效的构造措施减少或消除温度作用效应，这样才能更好地实现安全、适用、经济、美观的结构设计理念。

参考文献

[1]崔建生.超长混凝土结构温度应力及预应力技术分析[D].天津大学,2014.

[2]俞彬,邹祖军,刘艺萍,尹麟.宁波金融地块超长混凝土结构温度应力分析[J].上海建设科技,2013.

【作者简介】张国良（1984-），男，山东济南人，工程师，从事建筑设计与研究。