第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 某超长框架温度效应计算分析 韩光翔，赵国，高放，刘鹏 （大连市建筑设计研究院有限公司，大连116021） 摘要：为避免超长的混凝土结构在施工及使用阶段发生开裂，应进行温度应力分析.
本文以一个超长混凝土框架 为例进行计算，在考虑混凝土收缩和徐变的前提下，分析其温度应力的变化规律.
由于在混凝土结构形成和使用 过程中环境温度不断变化，而且混凝土收缩和徐变均为曲线变化，建议采用施工模拟进行温度应力的过程分析.
从分析结果看施工阶段后浇带闭合后的降温及收缩是其温度应力控制因素，从受力部位看中部薄弱位置梁板的拉 力是最不利的影响因素.
本文可为今后的类似工程提供借鉴.
关键词：温度应力分析：收缩和徐变：施工模拟 1前言 近年来随着大型公建的不断出现，超长的混凝土结构也越来越常见.
对于这些超长混凝土结构，仅采 用后浇带，没有足够的计算分析和有效的抗裂措施，无法保证结构在温度变化和自身收缩的情况下不出现 大面积开裂.
混凝土结构的温度效应包括温差效应和混凝土收缩效应，其中温差效应又包括施工阶段的温差效应和 使用阶段的温差效应.
在结构的使用阶段，结构外围形成保温系统，内部有空调，其使用阶段实际温度变 化小于施工阶段.
而混凝土收缩效应会导致其体积有减小的趋势，由于受到结构自身约束的限制，混凝土 结构内部会产生拉应力：通常采用的处理措施是将混凝土收缩等效成收缩当量温差，与最大外界温差相叠 加后作用于结构.
根据以往的工程经验，降温效应和混凝土收缩是引起超长混凝土结构开裂的主要原因.
此外由于混凝土并非纯粹的弹性材料，存在徐变效应，会导致结构内部的应力松弛，使其实际应力远 小于弹性计算值，因此不能忽视混凝土结构的徐变效应.
2混凝土的收缩和徐变模式 有关混凝土的收缩和徐变的计算模式很多，当前国内外常用的模式主要有：CEB一FIP模式，BP一2 模式，ACI-209模式以及FTells的解析法等，国内的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 附录F中的计算方法与CEB-FIPMC90基本类似.
对于混凝土徐变效应造成的应力松弛，工程设计中通常简化为按弹性计算的温差应力乘以应力松弛系 数.
在王铁梦的《工程结构裂缝控制》口中提出了考虑混凝土龄期及荷载持续时间影响下的应力松弛系数， 其值约为0.3：在文献中，提出了考虑配筋率影响和徐变系数的应力松弛系数计算公式如下： R(1.)= 1.1 1 x(1 )(r.) (1) 其中x（t)为混凝土老化系数，（r.)为混凝土的徐变系数.
韩允翔，1975.7出生，男，硕土，高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 来计算超长混凝土结构的温度应力.
由CEB-FIP模式，其混凝土收缩曲线和徐变曲线分别见图1和图2， 段的温度应力变化.
Tiae(lays) Tiae(Ways) 1:24 40 天 图1CEB-FIP模式混凝土收缩曲线 图2CEB一FIP模式混凝土徐变曲线 工程概况 大连某商业建筑为三层商业裙房和两层地下车库组成，上部结构嵌固于地下室顶板.
裙房采用框架结 构，其一层结构平面见图3.
当地抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第一组，框架抗震等级为 二级.
图3裙房一层顶结构平面图 2
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 裙房部分地上高度17.9m，南北长约185m，东西宽约90m，在二、三层及屋面均有较大开洞.
由于业 主和建筑专业的要求不可以设缝，其结构长度远超出《混凝土结构设计规范》对现浇混凝土框架的要求， 为防止结构在施工阶段和使用阶段产生较大的裂缝，应对其进行温度作用分析.
本文根据CEB一FIP模式， 对此结构的施工和使用期间的温度应力变化进行施工模拟计算.
4温度计算及结果分析 4.1气象条件 本文参考的大连地区的气象统计资料见表1 表1大连近年气象统计资料 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月平均最高气温 -1 1 7 14 20 24 26 27 24 18 10 3 月平均最低气温 -7 -5 0 6 12 17 21 22 17 11 3 -4 月平均气温 4. 9 3. 4 2. 1 9. 1 18.5 2324 20. 6 13. 6 18 4.2施工模拟过程 施工过程如下：本工程地上仅有三层，假定后浇带之间的分块工程均完成于8月（月平均最高气温 27℃），经历90天后于11月在10C闭合后浇带，再次经历60天后到达第二年的最低温（-7C），并于第 二年完成砌筑和内外装工程，第三年使用.
施工阶段：计算第150天、180天和300天的温度应力：使用阶段：室内常年设计温度为15℃～ 25℃，各层可能达到的最低温度取为5℃，所以按此计算第300天、450和800天的温度应力，详见表2.
表2施工模拟过程 时间序列 1 2 3 4 5 6 7 时间节点 第一年8月 第一年11月 第二年1月 第二年2月 第二年8月 第三年1月 第四年1月 总时间经历（天） 0 90 150 180 300 450 800 结构温度 （变温幅度） 27 10(17) 7 (17) ()s- 22 (27) 5 (17) 5(0) 4.3计算结果及分析 采用SAP2000作为分析软件，计算主体结构的温度应力.
在时间序列3（150天）的一层顶楼板主应力 云图见图4，一层顶梁轴力图见图5，在时间序列2（90天）的A-A视图柱弯矩见图6，时间序列3（150天） 的A-A视图柱弯矩见图7. 3
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 图4150天一层项楼板主应力云图 图5150天一层顶梁轴力图 图690天A-A视图柱弯矩
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 图7150天A-A视图柱弯矩 根据计算结果，可知其施工模拟过程中温度应力的特点如下： 1.从后浇带闭合后的结构来说：降温时，整个框架成收缩趋势，在梁板中产生轴向拉应力，从建筑物的 端部到建筑物的中部，拉应力逐渐增大：升温时，在梁板中产生轴向压应力：由于梁和柱之间的协调变形， 使柱顶和柱底之间产生一定的位移差，产生水平剪力和弯矩，从建筑物的中部到建筑物的端部，柱的剪力 和弯矩逐渐增大至最大值.
2.从时间历程上看，最大的温度应力出现在时间序列3，即在施工阶段后浇带闭合后的第二年1月，此 时出现了最大的季节降温和大部分的混凝土收缩及徐变：此后，随着环境温度的上升、混凝土收缩及徐变 的发展，温度应力相应缩小：到了使用阶段，其计算温差进一步缩小，温度应力远小于施工阶段.
3.对于楼板，在后浇带未闭合时，其拉应力基本不超过0.05N/mm：在后浇带闭合后的第二年1月拉应 力达到最大值（图4)，其局部峰值拉力大于2.6N/mm，位置出现在结构中部的薄弱部位：到了第二年2月， 温度应力稍有缩小：到了第二年8月，随着环境温度的升高，原最大拉应力处变为压应力：在使用阶段， 其温度拉应力均不大于0.8N/mm2.
而梁轴力的变化趋势基本与楼板相似.
4.对于柱的剪力和弯矩在后浇带闭合后的第二年1月其值到最大值，出现的位置在结构的远端.
但在后 浇带闭合前后，部分柱的剪力和弯矩出现变号，这与相应的柱在后浇带闭合前后结构中的相对位置有关.
5.此外混凝土结构的长度并不是影响结构温度作用的唯一因素，外部约束和结构形式对此也有较大影 响.
结构底层框架受到地下室较强的约束，对整体降温有明显的反应：第二层的温度应力明显小于底层： 第三层框架在温度作用下的内力较小，结构基本可以自由变形.
4.4设计措施 鉴于以上计算结果，设计中采取了如下对应措施： 1.通过增加施工阶段降温的荷载组合（Sd=1.2*恒载0.98*施工活载1.4*温度效应）和使用阶段的降温荷 载组合，并将其与其他的荷载组合包络，按照其组合内力计算构件所需的配筋量.
2.梁板均按拉弯构件设计：对一层顶楼板局部开孔及平面突变处，温度应力超出混凝土抗拉强度的情况， 通过调整相应位置的板厚，并增加温度钢筋来抵抗拉应力：对一层顶局部梁的温度应力超出混凝土的抗拉 强度的情况，根据计算结果加大梁的截面、配置温度钢筋，并增加通长钢筋及腰筋.
3.根据降温对柱及相连梁的产生的弯矩和剪力结果验算弹性承载力.
虽然此部分框架梁柱出现弯矩和剪 力，但由于此温度效应不与地震工况组合，因此温度组合工况大多未超过正常的地震组合工况.
4.设计中除计算所需配置通长钢筋的位置除外，在其他位置的楼板上皮设置构造温度钢筋，配筋率为 0.1%：增加梁的上皮通长钢筋，使其不小于支座钢筋的50%.
5.此外在设计中应采用了补偿收缩混凝土，由于补偿收缩混凝土浇筑后须在潮湿的环境中才能发生膨 胀，因此要求施工单位加强混凝土的养护：对大面积板面混凝土，浇筑完毕后，应进行表面抹压、覆盖并 保温保湿养护：混凝土硬化后，应蓄水养护或覆盖养护，养护时间不小于14天.
5结语 5
