61张吉柱-某超长结构温度应力设计.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 某超长结构温度应力设计 张吉柱 王丛菲 （中国建筑科学研究院 建筑结构研究所 北京 100013；哈尔滨工业大学建筑设计研究院 哈尔滨 150090） 提 要 针对某住宅楼结构超长的情况，从设计、施工、材料及构造等方面综合考虑，有效地控制了温度应力，为同类工程提供了参考。 关键词 超长结构 温度应力 收缩 1 前言 北京某住宅楼，框架结构，局部有楼电梯井筒，地下二层，地上八层，地下二层层高4.30米，地下一层层高4.90米，首层层高5.80米，其余各层层高3.50米。平面尺寸为199米61.7米，见图1，出地面后由伸缩缝分为三段，长度分别为56米，119米和22米。 图1 结构平面简图 本结构的长度远远超过了现行混凝土结构设计规范规定的现浇框架结构伸缩缝最大间距55米。对于此种情况，规范要求应有充分依据并采取可靠措施。规范提出的措施有混凝土浇筑采用后浇带分段施工，采用专门的预加应力措施，采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施。规范同时提出，设计者不能因为采取了某些措施就草率增大伸缩缝间距，应根据所采取的措施进行计算分析，根据分析结果确定合理的伸缩缝间距。 张吉柱，男，1978.3出生，工学硕士，工程师 2 设计计算 针对本结构的特点，在应用规范建议的三种措施时，均采取了特殊的处理方法。目前工程界普遍采取混凝土分段浇筑的方法减小混凝土收缩的不利影响，但因为后浇带的封堵工作比较繁琐，目前工程上经常将后浇带间距控制在4050米，以期减少后浇带数量，简化施工。但当后浇带的间距增大后，后浇带所分隔的区段经常会出现温度收缩裂缝。本结构将后浇带间距控制在3040米，后浇带宽度为1米，并将后浇带板钢筋断开采用搭接连接，这样就充分发挥了后浇带的作用，降低了后浇带分隔的先浇区段截面拉应力。 对本结构施加预应力时，为减少竖向构件的侧向约束，同时为避免楼盖压缩而导致结构端部的竖向构件受到较大侧向作用力，整个结构分为4段施加预应力。在后浇带混凝土达到设计强度后，张拉跨过后浇带的短束，使结构连成整体。 结构在使用过程中每年都要经历一次升降温过程，所以要找出最大温差与混凝土的收缩应力进行组合，以控制结构不出现有害温度收缩裂缝。所以有必要研究结构从建造到使用过程中的环境温度变化情况。本结构在5月初开始浇筑地下一层顶板，在年末主体结构完工，第二年春天开始砌筑围护墙。所以本工程所经历的最低温为结构主体完工当年的冬季。由于本结构严重超长，为尽量减小降温幅值，在2月末封堵后浇带。这样在结构连成整体后，不会再经历降温过程，既避免了降温的不利影响。同时后浇带的留置时间也足够长，假定混凝土收缩完成了70。 本结构在计算混凝土收缩时，混凝土极限收缩应变取为780με，这个数值在我国工程界是偏于保守的。混凝土的线膨胀系数为110-5/℃，这样主体结构混凝土在后浇带浇筑后的残余应变折算成温度荷载为78010-630/10-523.4℃。 采用PKPM系列的PMSAP模块对本结构进行计算。因为后浇带设置合理，所以不单独计算先浇的各区段，仅进行结构连成整体后的计算。温度应力是由于构件的自由变形受到约束引起的。结构底层由于受到地基基础的约束，其温度应力最大，对于上部结构，由于相邻层的变形协调，越往上温度应力越小，为提高计算效率，对计算模型进行简化，仅建立地下二层、地下一层及一层的模型。整楼同时降温，在温度应力作用下，结构中间一榀框架变形图见图2。该榀框架的轴力图见图3。楼盖受到的水平约束与竖向构件的侧向刚度有关，所以越往端部，楼盖受到的水平约束越小，楼盖轴力越小。 图2 中间一榀框架的变形图 图3 中间一榀框架的轴力图 3 其它措施 为了解决本工程的温度应力问题，我们不仅从设计计算上采取了诸多措施，在材料、施工及构造上也采取了相应措施。在材料方面，要求选用收缩小的水泥、减小水泥用量、降低水灰比。在施工上，要求楼盖混凝土浇水养护时间不得少于14天，浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态。为防止结构在外围护墙封闭前出现裂缝，要求地下室混凝土浇筑养护完成后，应根据气候条件采取控温措施，在气温低于5℃之前，应完成挡土墙侧基坑回填工作。在气温低于5℃时，要求将地下室所有出入通道进行覆盖封闭保温。后浇带新旧混凝土的结合面为一薄弱面，仅有水泥浆的粘结力。许多工程在该处开裂渗水，这也是工程上增大后浇带间距，尽量减少后浇带数量的原因之一。本工程除采用补偿收缩混凝土、施加预应力外，还增设了附加钢筋。沿后浇带纵向的抗裂同样不容忽视，本工程后浇带混凝土采用跳仓施工，同时提高纵向钢筋配筋率。后浇带的构造做法见图4。 图4 板后浇带构造做法示意图 在温度荷载作用下，板面横向应力分布见图5。可知，在楼电梯井筒处，板面的拉应力与其它部位相比大很多。若采用该处拉应力为控制应力进行设计，对大部分位置来说是过于保守的，所以仅在局部采取加强措施。在该部位配置双向双层、细而密的钢筋网。这样可以提高截面的抗拉能力，即使开裂，也可控制裂缝的宽度在规范允许范围内。 图5 板面横向应力分布图 4 结论 对超长结构，当采取较严格的技术措施时，可有效控制温度收缩应力。在构造上应对特殊部位进行处理，如后浇带新旧混凝土结合面，剪力墙井筒附近的楼板等位置。 参 考 文 献 [1] 混凝土结构设计规范GB50010-2002[S]，北京中国建筑工业出版社，2002 [2] 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002[S]，北京中国建筑工业出版社，2002 [3] 潘立，超长混凝土连续结构中钢绞线预应力筋连接构造的力学分析[J]，建筑科学，2006，（2） [4] 南建林，王增春，王凯徐，超长预应力混凝土结构设计中应注意的问题，第十三届全国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集，北京，2005 [5] 徐荣年，徐欣磊，工程结构裂缝控制“王铁梦法”应用实例集，北京中国建筑工业出版社，2005