第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 沈阳宝能金融中心地下室及裙房整体温差效应分析 孙璨，傅学怡，吴兵，孟美莉，冯叶文，刘畅 （深圳大学建筑设计研究院，深圳，518060) 摘要：结合宝能金融中心地下室及裙房结构体系复杂、体型超长等问题，通过优化设置后浇带、合理模拟基础有限的束刚 度、合理考虑混凝土结构的长期徐变收缩性质以及施工进度的合理规划和各阶段结构温差荷载的合理取值等，进行了考虑时 间效应及工程施工全过程的温差效应仿真分析.
分析表明，通过合理科学的模拟方法能有效揭示该结构长期整体温差效应影 响，得到结构受力较不利或变形较大的构件或局部位置，并提出相应的设计优化建议，进而有助于施工进度安排及施工控制 措施完善.
关键词：混凝土结构：温差效应：徐变：收缩：施工模拟：有限刚度 1引言 沈阳宝能环球金融中心T1、T2塔楼及五栋住宅塔楼的地下室（6层）整体贯通，地上裙房（5层）同 住宅塔楼贯通连接，与T1、T2塔楼设缝分隔.
整体地下室及地上裙房结构总平面宽约200米，长约250 米，不设永久伸缩缝.
结合工程当地气候条件，基于后浇带设置、基础有限刚度取值及混凝土徐变收缩效 应等要点的合理考虑，进行了考虑时间效应及工程施工全过程的整体温差效应计算模拟分析，为针对性地 控制并有效减小该工程结构不利温差效应提供重要的参考依据及设计、施工指导.
2分析模型 该工程地下室及裙房整体结构温差效应分析建模及计算采用MIDASGENV8.21.
混凝土结构分析模型 如图1所示，其中梁、柱采用杆单元，楼板、墙体采用壳单元.
图1整体结构计算模型 3施工全过程模拟 3.1后浇带设置 参照混凝土结构设计规范川及以往工程经验，本工程沿结构平面双向设置多条贯通后浇带，后浇带间 距约25m~35m，待其他结构施工完成后采用强度等级高一级的混凝土低温合拢浇筑.
具体的后浇带设置如 图2所示.
基金项日：国家自然科学基金项目（51308117） 作者簧介：孙骤（1980-），男，博士，讲师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 " 3 图2混凝土后浇带划分示意 图3结构模型编组示意 3.2施工顺序 本工程自2013年7月起施工地下室，按照地下室平均1层/月的施工进度，并计及冬季3-4个月的停 工期，本工程地下室及裙房结构施工至后浇带合拢的总工期历时约23个月.
该混凝土结构施工全过程模拟 如下表1所示（施工编组如图3示意）： 表1整体结构施工顺序汇总 施工编组 施工工期 施工顺序 备注 B6 1个月 后浇带合拢前 B5 1个月 紧前 后浇带合找前 B4 1个月 紧前 后浇带合扰前 B3B2 1-1.5个月 紧前 后浇带合找前 冬季停工期 B1 1个月 春季开工后 后浇带合找前 Q1 1个月 紧前 后浇带合找前 Q2 1个月 紧前 后浇带合找前 Q3 1个月 紧前 后浇带合找前 Q4 1个月 紧前 后浇带合找前 Q5 1个月 紧前 后浇带合拢前 Q6 1个月 紧前 后浇带合拢前 Q7 1个月 紧前 后浇带合拢前 80 1个月 紧前 后浇带合找前 冬季停工期 HUB 1个月 春季开工后 B6-B1部分对应后浇带 HQ 1个月 紧前 Q1-Q8部分对应后浇带 结合以上施工过程，结构随着时间发展逐步生成，同时逐步施加随时间变化的温差作用，并同步考虑 混凝土徐变收缩效应，其中为错过冬季低温期，后浇带合拢时间延后至后一年春季合拢.
地下室及裙房（后浇带合拢前）结构施工完成后即进入装饰期及上部结构施工.
考虑到填充、覆土、 装饰及屋面覆盖等有利因素影响，待后浇带合找及地下室及裙房结构装饰期大抵完成时，构件所受温差作 用相对前期阶段将显著减小，同时混凝土徐变、收缩效应也随着时间的延续而逐渐趋向稳定.
3.3整体结构温差作用取值 混凝土结构降温时（负温差作用）的变形趋势与混凝土收缩变形基本一致，二者相叠加较不利于混凝 土缩裂变形及受拉应力水平的控制.
本文按照夏季开始施工、结构需先经历降温工况的过程拟定施工进 度计划，结合气象统计资料及施工模拟全过程，设施工阶段混凝土合拢温度为该阶段内的平均气温，则该
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 阶段施工组所受最大负温差作用为该施工期内最低气温与其合拢温度的差值： 施工（装饰）阶段时段内最大负温差=时段内最低气温-平均浇筑（合找）温度 其中，各月生成结构混凝土平均浇筑温度取当月平均温度，后浇带合拢安排在开春升温时段进行，合找温 度结合当月气温取为5-10度左右为宜，合拢完成后整体结构先经历升温过程，半年后进入秋冬季时，建筑 装饰、覆土、安装及外墙工程等基本完成.
混凝土结构施工装饰全过程及温差荷载增量取值具体如下表2 所示： 表2混凝土结构温差作用各阶段取值（C） 施工年月13.0713.08 13.0913.10 13.1113.1214.01 14.0214.03 14.04 14.05 14.0614.07 14.0814.09 施工部分 B6 B5 B4 B23 B1Q1Q2 Q3 Q5 浇筑温度 24.6 23.6 17.2 9.4 24.6 23.6 Q6 0.1 9.3 16.9 21.9 17.2 最低气温 17 9 3 -3 12-2129 -12 -4 4 12 17 9 3 施工年月 14.10 14.11 14.12 15.01 15.02 15.0315.04|15.05|15.06|15.07 15.0815.09 15.10 15.1115.12 施工部分 0 80 HHJ2 合拢温度 9.4 0.0 9.3 10 最低气温 -3 -12 -21 -29 27 -12 p- 4 9 5 温差荷载取值 施工年月 13.07 13.08 13.0913.10 13.11 13.1214.01 14.02 14.03 14.0414.0514.0614.07 14.0814.09 B6 -7.6 -8.0 6.0 -6.0 -9.0-9.08.0 2.015.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0-6.0 B5 -14.6 -6.0 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -6.0 B4 -14.2 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -6.0 B3、B2 -12.4 -9.0-9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -6.0 B1 -12.1 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -6.0 10 -13.3 8.0 8.0 5.0 -8.0 -6.0 Q2 -12.9 8.0 5.0 -8.0 -6.0 Q3 -9.9 5.0 8.0 -6.0 Q4 " -7.6 -8.0-6.0 Q5 -14.66.0 Q6 14.10 14.11 14.12 15.02 15.03 15.04 15.0515.06 15.07 15.0815.09 -14.2 施工年月 15.01 15.1115.12 B6 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.08.08.08.05.0 8.0 -4.0 -5.0 -9.0-9.0 B5 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 8.0 -4.0 -5.0 -9.0 B4 -6.0 -9.0 06 8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 4.0 5.0 -9.0 -9.0 B3、B2 -6.0 -9.0 -9.0 8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -4.0 -5.0 -9.0 -9.0 B1 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.015.0 8.0 8.0 8.0 5.0 8.0 -4.0 -5.0 -9.0 -9.0 Q1 -6.0 -9.0 -9.0 8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 4.0 5.0 -9.0 -9.0 Q2 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 8.0 -4.0 -5.0 -9.0 -9.0 Q3 -6.0 -9.0 06- -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -4.0 5.0 -9.0 -9.0 Q4 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -4.0 -5.0 -9.0 -9.0 Q5 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 8.0 -4.0 -5.0 -9.0 -9.0 Q6 -6.0 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -4.0 -5.0 -9.0 -9.0 Q7 -12.4 -9.0 -9.0 -8.0 2.0 15.0 8.0 8.0 8.0 5.0 -8.0 -4.0 -5.0 -9.0 -9.0-9.0 -9.0 Q8 -12.0 -8.0 2.015.08.0 8.0 8.0 5.0 8.0 -4.0 -5.0 HJ1 -13.3 8.0 8.0 5.0 -4.0 -5.0 HJ2 6.08.05.08.0 -4.0 5.0 -9.0-9.0 3.4混凝土长期效应 当前国际上用以分析考虑混凝土徐变、收缩效应的主流计算模型主要包括CEB-FIP(90)、ACI92及B3 模型等，本文结合分析模型及软件类型主要采用计算方便且应该较广泛的CEB-FIP（90)模型.
3.5基础有限约束刚度 温差效应分析时需槟弃基础固定端或不动较假定，本工程分析中根据《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2011)、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等计算桩基或独立基础与土的相互作用对结构约 束端的有限约束刚度，并用实际的有限刚度取代地基基础无限刚度约束假定.
同时，参考国内桩基试验报 告，假定基础水平变形达5mm和基础转角位移超过1/1000时地基土进入塑性，约束刚度退化为原刚度 的20%.
根据地勘情况及基础设计布置详图，本工程采取多桩、群桩基础及筏板独立基础相结合的布置形式，
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 其中单桩与土相互作用下单桩（Φ600）基础竖向刚度约为3.0E5N/mm，水平刚度约为1.01E5N/mm， 多桩基础的竖向及平动刚度可近似取为依据桩的数量线性叠加，而计及承台整体转动约束作用，仍保守取 多桩基础转动刚度无限大".
4主要分析结果 基于以上分析参数、设置方法及施工步骤，对本工程地下室及裙房结构考虑施工装饰期全过程的温差 效应进行了依时非线性有限元仿真分析.
为节省篇幅，本文重点给出整体结构后浇带合拢后应力及变形较 不利分布情况.
4.1结构整体变形 随着结构施工进展，温差效应作用下整体结构位移逐步增大，至后浇带合拢并进入装饰期后，整体结 构绝大部分构件水平位移在-30~30mm范围内（图4）：而随着混凝土收缩效应发展趋缓、覆土及装饰后结 构室内温度变化幅度缩小，整体结构温差变形渐趋稳定.
总体上，该结构由温差、混凝土收缩等综合效应 产生的变形在合理可控的范围内.
整体坐标X方向 整体坐标Y方向 图4后浇带合拢后整体结构变形分布（mm） 4.2框架梁轴向应力 整个施工装饰期内，各层框架梁由于温差收缩效应产生的拉应力水平总体较低，绝大部分混凝土梁单 元应力变化幅度在合理安全的范围内，拉应力水平低于3.0MPa（图5）.
少量较高拉应力的混凝土梁单元 主要位于塔楼内部不规则板单元周边或洞口位置，除去单元划分问题造成应力集中现象外，其他应力较高 的少部分梁已开展针对性优化设计，并在多工况组合设计的基础上通过加强配筋承担截面拉应力，控制钢 筋拉应力不超过200MPa.
131195 31 混凝土梁 钢梁 图5后浇带合找后梁单元轴应力分布（MPa）
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 4.3混凝土楼板应力 大部分楼板平均拉应力变化范围始终在3.0MPa以下，少数区域楼板拉应力峰值略高，主要位于地下 室底层楼板边缘、各塔楼内局部楼板等位置（图6），除由于单元划分造成应力集中等原因外，对部分楼板 进一步优化设计，同时在相应的应力集中楼板采用通长板筋加局部较密集短筋的配筋方式，局部加强楼板 配筋，设计控制钢筋应力水平≤200MPa IIS S22 图6后浇带合找后混凝土楼板应力分布（MPa，S11、S22分别为板单元局部坐标下两水平向轴应力） 4.4框架柱内力 施工装饰期间，结构框架柱受温差效应影响而产生的剪力及弯矩值始终处于合理安全的范围内，其中 少量较大内力值出现在T1、T2塔楼底部较大截面的竖向构件中.
提取内力较大的典型框架柱进行多工况 内力组合的设计校核后表明，各框架柱温差效应产生的内力处于各组合工况的安全包络范围内.
!!!!!! 剪力V22 奇矩M22 弯矩M33 图7后浇带合拢后混凝土框架柱内力分布情况（KNm）
