双向超长混凝土结构无缝设计温度效应作用计算与分析.pdf

2 0 1 2 年 第 5 期 总 第 2 7 1期 Nu mb e r 5 in 2 0 1 2 T o t a l No ．2 7 1 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ．i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 0 5 ． 0 1 7 双向超长混凝土结构无缝设计温度效应作用 计算与分析 陈勇 ，程云 ’ ，吕延超 ’ ，陈明阳 。 1 ．中国建筑东北设计研究 院有 限公司 ，辽宁 沈 阳 1 1 0 0 0 6 ；2 ．奥雅纳工程颐问有限公司 ，广 东 深圳 5 1 8 0 3 1 摘要 通过沈阳恒隆中街广场项目， 对双向超长混凝土结构无缝设计进行了研究， 模拟了柱、 板和梁在温度收缩作用下的受力情况， 得到了结构各楼层、 不同位置的受力特性， 并有针对性的采取了相应措施。 从目前使用情况来看， 效果良好， 证明了对结构所做的计算分 析是合理有效的， 为相关工程提供了参考。 关键词 双 向超长 ；温度 ；应力 中图分类号 T U5 2 8 ． 0 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 0 5 3 0 3 Ca l c u l a t i o n a n d a n a l y s i s o f t e mp e r a t u r e e ff e c t i n t h e j o i n t - le s s d e s i g n o f t wo - d i r e c t i o n o v e r l o n g c o n c r e t e s t r u ctu r e ● C HE NY o n g ， C H E NG Y u n ， L O Y a h c h a o ， C HE NMi n g - y a n g 1 ． C h i n a No r t h e a s t A r c h i t e c tu r a l De s i g n a n dR e s e a r c hI n s t i t u t e C o ． ， L t d ． ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 6 ， Ch i n a ； 2 ． S h e n z h e nB r a n c h o f A r u pI n t e r n a t i o n a l C o n s u lt a n t s Co ． ， L t d ． ， S h e n z h e n 5 1 8 0 3 1 ， Ch i n a A b s t r a ct T h e j o i n t l e s s d e s i gn o f two d i r e c t i o n o v e r l o n g c o n c r e t e s t r u c t u r e we r e s tud i e d t h r o u g h t h e S h e n y a n g He n g l o n g P l a z a p r o j e c t ． T h e e a c h flo o r o ft h e s t ruc tur e a nd t h e loc i o n o ft h e f o r c e c h a r a c t e r i s t i c s a r e o b t mns a c c o r d i n g t o t h e s i mu l a t i o n s o fc olumn s ， pl a t e s a n d b e a ms i n the t e mpe r a t u r e s h ri n k a g e f o rce r e s p e c t i v e l y a nd s o me t a r g e t e d me a s u r e s a r e t a k e n ． I n c u r r e n t ， t h e e ffe c t i s g o o d ．I t c a n b e c o n c l u d e d t h a t the c a l c u l a - do n s an d a n a l y s i s are r e a s o n a bl e an d e f f e c t i v e ， whi c h p r o v i d e th e r e f e r e n c e f o r the r e l a t e d e n g i n e e r i n g ． Ke y w o r d s tw o d i r e c t i o n o v e r l o n g； t e mpe r a t u r e； s t r e s s 1 工程 概 况 沈阳恒隆中街广场是一座大型商场建筑 ， 总建筑面积约 1 8万 m ， 地上 5层 ， 地下 3层 ， 该工程为钢筋混凝土框架结 构 ， 各楼层均采用主、 次梁楼盖体系 ， 楼板局部有开洞。 图 1 为建筑剖面 ， 图 2为首层和二层平面。 本项 目平面尺寸 ， 东西 向约 1 8 O m， 南北向约 1 7 0 m， 结构平面不设伸缩缝 ， 因此， 双 向均超过 GB 5 0 0 1 0 --2 0 0 2 混凝土结构设计规范 对现浇框 架结构体系伸缩缝最大间距 5 5 m的规定， 属于双向超长混凝 土结构。 鬯烹 ＼ 一 一 一 一 I i 商宙 { l ‘ t I l『 “ ● ___ _ _ ‘ _ T _ , -4 1． 。。f l l L 1 ⋯珂■ }1 B 1 1 I l l I Il l I B 2 I i I I } I{ f } B 3 f j f J 图 1 建筑剖面图 2 温度效应分析工 况 根据沈阳地区的温度场， 采用 E T A BS 软件对超长结构进行 了温度效应计算分析， 分析时考虑施工阶段和使用阶段两种工 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 0 1 3 况， 收缩效应当量温差取一 6℃， 所采用的温差数值见表 1 ， 同时 考虑温差 和混凝土收缩的影响 l 。 ] 。 a 首层平 面 b 二层 平面 图 2 楼层平面图 表 1 两种分析工况的温差收缩综合效应 5 3 3 温度效应计算与分析 3 ． 1 竖向构件受力分析 由于角部柱受到两个方向的水平剪力作用， 因此在温差效 应下 ， 角柱受影响最大。 选取首层角部 1 2 个柱 ， 如图 3所示， 将 其综合效应下的内力与重力荷载下的内力进行组合， 验算其承 载力 在计算综合效应组合设计值时， 重力荷载的分项系数取 1 ．2 5 ， 温差效应的分项系数取 1 ． 2 ， 温差效应的组合系数取 0 ． 8 。 表 2分别给出了考虑和不考虑温度及收缩效应时， 在风和地震 力作用下首层部分角部柱的组合内力及在相应轴压力下的受弯 承载力， 可以看出。 首层柱可以抵御施工阶段的整体温差效应。 计算结果表明， 由于地下室外墙对楼板的约束作用， 柱端不 会产生很大的侧移。 上部结构柱的受力由施工阶段控制， 其中以 首层柱受力最大。 地下室柱两个方向上的弯矩均小于 4 0 0 k N 1“1 3_ ， 比首层柱要小的多。 3 I 2 楼板受力分析 结构各楼层楼板的受力由施工阶段控制。 地下一层没有大 ◇ 0 0 ◇ ◇ 0一搠 ～一I 一 一 目 ～⋯扣 一 ～～ 毒 ～ 张 ～ ■ L 0～～ j 女 s 一0 ⋯⋯ 图 3 分 析角柱位置 局部 平面图 的{ 同口， 应力分布较为均匀， 拉应力较大的区域分布于四边的中 部， 在距离每边约 2 0 m的范围内， 与边缘平行方向的应力较大 ， 最大约为 1 ．2 MP a ； 其余区域或方向上最大应力约为0 ． 5 MP a 。 表 2 首层部分角部柱承载力验算表 首层楼板应力的分布规律与二层相似 见图 4、 5 ， 沿两 个方向， 在楼板开有多个大洞的范围内， 可认为楼板有效宽 度受到削弱 ， 板应力较大； 黑线范围之外 则应力很小。 但首层 因受地下室外墙的约束， 其应力值稍大， 楼板被削弱区域 ， 大 部分在 1 ． 8 5 MP a以内 ， 局部洞 口边 有 白线 圈 出的位 置最大拉 应 力达 到 3 ． 0 MP a ， 未削弱 区域最大拉 应力为 0 ． 5 MP a 。 __二 ～ 五 层楼板 ， 由于竖 向构 件的侧向约束减弱 ． 楼板的应 力已经非 5 4 常小 。 分析表明， 结构中楼板通过配置一定的分布钢筋， 可以抵 御温差和收缩非荷载效应的影响， 计算结果显示， 裂缝宽度满 足要求 。 3 ． 3 梁受力分析 地下、 地上各层梁的受力均南施丁阶段 工况 1 控制。 各层 梁的轴向应力在平面内的分布情况与楼板的情况相符。 开洞楼 a X T 向应力分布情况 b Y h - 向应力分布情况 图 4 首层结构温度效应拉应力 a 肪向应力分 布情况 b y 方向应力 分布情 况 图 5 二层结构温度效应拉应力 层， 洞口周围平行于洞边布置的梁应力较大； 地下室各层 ， 包括 首层， 离外墙 2 0 m范围内平行外墙布置的梁应力较大。 图 6给出了各楼层所有梁的轴向应力分布， 首层大部分梁 拉应力在 1 ． 8 MP a以下； 地下一层大部分梁拉应力在 1 ． 2 MP a 以 下。 同楼板一样， 通过增加额外配筋来承担此拉应力。 首层梁在温差收缩作用下的拉应力水平相对其他各层都 大， 因此选取首层不同区域的 1 2 根梁进行了抗裂验算。 计算时， 将重力荷载效应和温差收缩效应进行标准组合， 然后按拉弯构 件计算其裂缝宽度。 结果表明， 裂缝宽度满足要求。 根据以上计算可知， 结构中各层梁通过一定的加强措施可 以抵御温差和收缩的非荷载效应影响。 通过对柱 、 板和梁的温度效应分析 ， 在实际工程中对该结 构采取了相应的技术措施 详见“ 双向超长混凝土结构无缝设 计温度场的建立及技术措施研究” ， 从 目前的使用情况来 看， 效果良好， 保证了结构的安全 ， 给建筑效果、 结构布置及使 用功能等都带来了很大好处。 4结论 通过恒隆广场项目， 对双向超长混凝土结构无缝设计进行 了研究， 分别模拟了柱 、 板和梁在温度作用下的受力状态 ， 可以 得到以下结论 1 沈阳恒隆广场属平面超长结构 ， 经过多方面的综合考 虑， 结构没有设置伸缩缝 ， 由此给建筑效果、 结构布置及使用功 能等都带来了很大好处。 通过温差和混凝土长期收缩等非荷载 效应对结构影响的分析， 可以认为结构不设缝的方案是完全可 行的。 2 通过对 结构构 件在 温度 收缩效 应作 用 下 的受 力情 况 进行详细的计算分析 ， 得到了结构各楼层、 不同位置的受力特 性， 并有针对性的采取了相应措施 ， 节约了建造成本。 从 目前 使用情况来看， 效果良好 ， 证明了对结构所做的计算分析是合 理的 。 另外 ， 地下侧 向土、 水压力会使地下室各楼层产生预压 力， 并在将来抵消部分因温差收缩效应引起的楼层拉力。 但 结构分析 中因土 、 水压力的不确定性 ， 并没有考虑这一有利 因素 。 矗 、 2 O l 5 1 ．0 委o ．s 0 0 5 1． O 窆 ＼ 增 ＼ 一 一 姜 梁单元 a 工况 1 下三 层 梁轴 向应力 粱单元 b i T ． 况1 下 二层 梁 轴 向应 力 梁单元 f c m 况1 下 首层梁 轴 向应 力 梁单元 d m况1 下地下一层梁 的轴向应力 梁单元 e 工 况1 下 地下 二 层梁 的 轴 向应 力 图 6 各楼层梁轴向应力 参考文献 ⋯ 刘开国． 超长框架结构的温度变形与温度应力【 J ] ． 建筑结构， 2 0 0 0 ， 3 0 2 3 6 ～ 4 0 ． [ 2 ] 王春武． 超长混凝土结构的设计与施工问题探讨叨 ． 工业建筑， 2 0 0 7 ， 3 7 1 1 5 3 5 6 ． [ 3 】王强， 伊润杰． 某超长地下室混凝土结构无缝设计计算研究[ J 】 ． 工业 建筑， 2 0 1 0 1 0 6 5 7 0 ． 作者简介 陈勇 1 9 6 6 一 ， 男， 博士， 教授级高级工程师， 副总工程师。 联系地址 沈阳市和平区光荣街 6 5 号 1 1 0 0 0 6 联系电话 1 3 8 4 0 0 2 6 1 8 0 55 0 0 o 加 加 ■ ■■ ■ ●l ■ ■■ 1 一 ■●■●矗盱 一 舢一 L哪ⅢⅢ皿坩 一 L ■■■ ■_ 一 ■ ■ ● ■■ _ 一 一 ●■■■■■下 一 “■■■ 一 -■_■■■ ■■■T 一 ●-■■●■■_ 一 ■■m叩 一 一 ■●■ 一 ●u■■■■n q _ j■_●■■■■■■■f - 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