溫度應(yīng)力對超長混凝土結(jié)構(gòu)的影響

1、<p>　　溫度應(yīng)力對超長混凝土結(jié)構(gòu)的影響</p><p>　　摘要：近十幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民對建筑的外觀及使用功能更高的要求，在建筑過程中，出現(xiàn)了越來越多的平面超長的結(jié)構(gòu)，而根據(jù)國家結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)范，平面尺寸超過55m即需要設(shè)置伸縮縫，如果嚴(yán)格按照規(guī)范要求對所有超長建筑設(shè)置伸縮縫，將會在很長程度上影響建筑美觀及功能使用。而不設(shè)置伸縮縫，在溫度效應(yīng)的作用下，產(chǎn)生較大的溫度收縮裂縫，從而影響

2、建筑的使用年限。因此從實(shí)際角度出發(fā)，需要我們結(jié)構(gòu)工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，解決不設(shè)伸縮縫而帶來的減少建筑使用年限問題，進(jìn)而滿足超長建筑的功能使用需求。 </p><p>　　關(guān)鍵字：鋼筋混凝土，超長建筑，溫度應(yīng)力，相應(yīng)措施 </p><p>　　中圖分類號：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　為了滿足建筑功能的需要，越來越多的超長結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，不能設(shè)置伸縮縫

3、就成為結(jié)構(gòu)工程師的需要面對的重要問題：既要滿足建筑的使用功能要求，又要保證結(jié)構(gòu)使用及耐久性。根據(jù)溫度應(yīng)力理論及相關(guān)資料，對溫度應(yīng)力作用進(jìn)行初步的分析，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做出幾點(diǎn)相應(yīng)的措施。 </p><p><b>　　溫度裂縫的特點(diǎn)： </b></p><p>　　混凝土在攪拌時(shí)產(chǎn)生水化反應(yīng)，在水化反應(yīng)的過程中，混凝土發(fā)生干縮，混凝土自身具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)把混凝

4、土澆筑入模版中時(shí)，因受到模版及鋼筋的約束，會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生收縮裂縫或者溫度裂縫。在通常的超長建筑中，多見的是收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力共同作用而產(chǎn)生的溫度裂縫。其特點(diǎn)是早期收縮快，6個(gè)月即可完成全部收縮量的90%，在一年以后趨于穩(wěn)定，變形極小。收縮的主要部位是底層和頂層。結(jié)構(gòu)的梁板以及外露的挑檐，女兒墻等構(gòu)件。 </p><p>　　產(chǎn)生溫度作用分析： </p><p>　　建筑工程的溫差應(yīng)包括

5、豎向溫差和水平溫差效應(yīng)，而對于高度不高只是平面超長的建筑工程，只考慮水平溫差效應(yīng)即可。從構(gòu)件來講，季節(jié)和陽光照射而產(chǎn)生的溫差分為兩類：一類為表面溫差，即成為局部溫差，另一類為構(gòu)建中的溫差，即整體溫差。而局部溫差對結(jié)構(gòu)整體影響有限，可不考慮。只考慮由整體溫差產(chǎn)生的水平溫差 。目前結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中提供了月平均最高氣溫和月平均最低氣溫（最近30年）?？勺鳛樵O(shè)計(jì)依據(jù)。地下室由于在地下，溫差相對穩(wěn)定，變形較小，而建筑的底層因?yàn)榇竺娣e裸露在室外，尤其

6、是施工階段，建筑沒有任何的保溫措施，使底層受到地下各層以及地下室外墻和混凝土墻柱的約束而使底層的梁板受拉。 </p><p>　　溫度應(yīng)力的計(jì)算分析 </p><p>　　3.1梁：在溫差的作用下，建筑物底層的梁產(chǎn)生的軸力最大，縱向軸線越長，其兩端梁的軸力越大。隨著樓層的不斷升高，構(gòu)件中梁受到建筑底部傳來的約束力越來越少，自身變形變大，梁的軸力迅速下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)建筑頂部時(shí)，底部傳來的約束力已

7、衰減至很小。而前文提到的日照溫差即局部溫差對梁軸力則相對較小。依據(jù)相關(guān)資料得出：梁端彎矩的大小主要取決于梁所在樓層的平面布置和構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)剛度。其中框架梁的梁端彎矩值較大，柱網(wǎng)規(guī)則的結(jié)構(gòu)中，梁端彎矩較小且分布均勻。根據(jù)資料和工程實(shí)踐，可以判斷溫度應(yīng)力對梁構(gòu)件的影響集中在建筑的底層。 </p><p>　　3.2板：樓板與梁相似，溫度應(yīng)力的分布和發(fā)展遵循著相似的規(guī)律。底部樓層距離基礎(chǔ)較近（或地下室頂板）樓板內(nèi)受到

8、框架梁以及剪力墻約束作用非常顯著，導(dǎo)致其應(yīng)力的最大。而不同之處在于樓板的頂部，建筑頂部受到的底部約束作用雖然很小。但由于頂部屋面板上作其用的溫差較大，使變形制約作用引起了該處的附加溫度應(yīng)力，從而造成頂部樓板的溫度應(yīng)力也較大。在高層建筑規(guī)范中，對頂部樓板要求為樓板厚為120mm，宜為雙層雙向配筋。其條文解釋即為：以抵抗溫度應(yīng)力的不利影響，并可使建筑物頂部約束加強(qiáng)。同時(shí)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在建筑平面布置中，對突變的部位以及與剪力墻交界處都出現(xiàn)了

9、應(yīng)力突增現(xiàn)象。 </p><p>　　3.3剪力墻和柱：剪力墻和柱為結(jié)構(gòu)體系的豎向受力構(gòu)件，由于建筑豎向不受約束，可使其自由熱脹冷縮，由溫差引起的柱軸力較小，柱子的內(nèi)力變化主要發(fā)生在底部的邊柱彎矩變大。建筑中剪力墻布置限制了結(jié)構(gòu)梁板的水平變形，增大了剪力墻周圍梁板的溫度應(yīng)力。 </p><p>　　減少溫度應(yīng)力的措施 </p><p>　　設(shè)置后澆帶：在鋼筋混凝土設(shè)

10、計(jì)與施工規(guī)程中，提及的后澆帶措施，是目前設(shè)計(jì)人員最常用到的方法。利用混凝土早期收縮量大的特征，采用“以放為主”的設(shè)計(jì)思路，通過釋放早期混凝土收縮應(yīng)力，減少溫度收縮應(yīng)力產(chǎn)生的變形。在不少的資料介紹中，都重點(diǎn)說明，如果設(shè)計(jì)施工處理不好，不僅起不到減少裂縫的作用，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還會留下隱患因此常規(guī)的做法可以參看一下幾點(diǎn)： </p><p>　　間距：規(guī)范要求30~40m。實(shí)際距離應(yīng)考慮氣候環(huán)境，30m左右為宜。 </

11、p><p>　　位置：宜布置在小跨梁內(nèi)或受力較小的部位，通常可在梁跨l／3處；平面布置時(shí)，需梁的布置宜平行于后澆帶。盡量沿平面直線通過。 </p><p>　　寬度：規(guī)程規(guī)定800～1000mm。預(yù)留的寬度應(yīng)該滿足鋼筋錯(cuò)開搭接的要求。 </p><p>　　鋼筋：目前對后澆帶內(nèi)梁縱向鋼筋處理有兩種做法：第一種：梁板鋼筋均斷開后搭接(規(guī)程要求)，但由于梁鋼筋搭焊接處理筋多

12、截面小，操作困難，質(zhì)量不易保證，正常施工不使用。 第二種：板鋼筋斷開，梁鋼筋直通不斷。目前施工較多使用，但梁主筋不斷，鋼筋數(shù)量較多時(shí)，如全部不斷開，會約束混凝土收縮，達(dá)不到預(yù)期效果。 </p><p>　　澆筑時(shí)間：在高層建筑規(guī)程的規(guī)格要求中，宜在兩個(gè)月后且補(bǔ)澆筑后澆帶混凝土?xí)r的溫度，宜低于主體混凝土澆筑時(shí)的溫度。由于混凝土早期收縮量最大， 2個(gè)月內(nèi)約占65％～75％；半年內(nèi)約占80％～90％，故應(yīng)保證兩個(gè)月后澆

13、筑。4.2控制溫度應(yīng)力的收縮（一）運(yùn)用建筑方法，加強(qiáng)屋面保溫隔熱措施，采用高效保溫材料，控制室內(nèi)外溫差過大 </p><p>　　（二）前文提及的屋面板、外露的挑檐，女兒墻等外露現(xiàn)澆板(含施工時(shí)期結(jié)構(gòu)主體暴露室外時(shí)間較長的室內(nèi)現(xiàn)澆樓板)以及板跨度過大且雙向連續(xù)板等溫度應(yīng)力較大的板，均應(yīng)在樓板 (即板的受壓區(qū)或者成為上皮)配置鋼筋直徑不小于ф6的雙向鋼筋網(wǎng)片，鋼筋間距宜為150~200mm，板的上下表面沿縱橫兩個(gè)方

14、向的配筋率均為不宜小于0.1％。 </p><p>　　(三)框架梁高度大于600mm(梁的腹板大于450mm)處均設(shè)置不小于2ф12腰筋。腰筋間距不應(yīng)大于200mm，每側(cè)腰筋配筋率不宜小于腹板截面面積bh的0.1％。 </p><p>　　(四)外露的挑檐，女兒墻等，每隔15～20m設(shè)置一道20mm溫度伸縮縫。 </p><p><b>　　5 結(jié)論 &

15、lt;/b></p><p>　　溫度應(yīng)力引起的裂縫在北方地區(qū)的超長混凝土結(jié)構(gòu)中較普遍，由于該裂縫的危害性及國家規(guī)范的局限性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)自身予以足夠重視。本文從設(shè)計(jì)角度淺析了混凝土收縮和溫度應(yīng)力的特性、影響因素，以幫助設(shè)計(jì)人員建立起最基本的概念，使其可以針對性地結(jié)合具體工程特點(diǎn)，來進(jìn)行考慮防止和減輕溫度應(yīng)力的預(yù)控措施。設(shè)置后澆帶以及抵抗溫度應(yīng)力的綜合措施為：注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對裂縫采取“放”、“防”、“抗”等相

16、結(jié)合的措施，此方法對防止和減輕溫度應(yīng)力裂縫比較有效，但如何通過進(jìn)一步的定量計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證，尚需做深入細(xì)致的工作，具體工程在采用何種措施時(shí)應(yīng)根據(jù)其各自特點(diǎn)，并結(jié)合地區(qū)抗震設(shè)防等級要求綜合考慮。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　（1）GB50010-2010混混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范〔s」 </p><p>　　〔2