某塔楼的结构楼板温度应力分析

1、工程概述

本工程位于江苏省宿迁市，8 度（ 0.30g ），场地类别 III 类，特征周期0.595s。项目的总建筑面积212300m2，主要包括1 栋综合楼、1 栋生活垃圾/医废、1 栋生活垃圾、1 栋液氧站、1 栋门卫。综合楼地下一层，局部地下二层，地下室连为一个整体，地上部分由隔震缝分隔成若干塔楼。其中，综合楼（住院部）长度约158.8 米，塔楼端部宽度24.7 米，塔楼中间部宽度22.8 米。采用现浇框架 - 剪力墙结构体系，根据房间功能需要来布置次梁，楼板厚度120mm、 130mm 、 150mm. 。设防类别为重点设防类。

2、结构不规则分析

偏心布置（刚心与质心的偏差）导致结构在水平地震作用下扭转效应较大，扭转位移比大于 1.2，但小于 1.4，结构计算时采用计入双向水平地震作用下的扭转影响，严格控制结构的扭转周期与第一平动周期比值，以及结构在水平地震下的位移比，使之满足规范要求并加强扭转位移比最大处的端部框架柱和框架梁的截面。塔楼中部较大洞口的周边，结构内力计算及构件设计时考虑其真实的楼面刚度，模型取消平面刚性假定，局部采用弹性板，计入楼板局部变形的影响，同时加大板厚至 150mm ，并按照弹性板模型的计算结果进行配筋设计，楼板配筋为双层双向拉通配筋，配筋率提高至 0.25%_⨀ 。

3、长悬挑构件

塔楼结构中部有 3\~5m 不等的大悬挑，对于大悬挑构件，考虑其竖向地震作用，严格控制承载能力极限状态及正常使用挠度值。并对长悬挑梁预起拱，进一步提高其正常使用状态性能。同时提高与悬挑梁相连的框架柱的抗震等级，增加悬挑部位的抗震性能。

4、超长结构温度应力分析

综合楼（住院部）长度约 158.8 米，长度超过我国《混凝土结构设计规范（GB50012-2010）》中规定的混凝土结构伸缩缝的最大间距2 倍多。无法忽视超长对结构的不利影响，为了减少温度和收缩效应，在施工中采取以下措施：

1）在结构中预留三道 0.8 米宽的后浇带，后浇带间距约 40～45m 控制结构合拢温度为 10～20^∘ C，低温入模以减少后期降温温差，并及时施工基坑的回填、纯地下室顶板的保温覆土、屋面板的保温等。

2）采用补偿收缩混凝土技术，膨胀剂的品种和掺量应经试验最终确定。梁、板结构的限制膨胀率 ⩾0.015% ，墙体结构的限制膨胀率≥ 0.020% ，后浇带、膨胀加强带等部位的限制膨胀率 ⩾0.025% 。必要时适当增大限制膨胀率。

3）科学地选用材料配合比，混凝土配合比应通过计算和试配确定，对泵送混凝土应进行试泵送。

4）采用低收缩和低水化热的矿渣硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，控制水泥用量，控制砂石骨料含泥量和级配，同时控制外加剂的使用符合规范要求。

5）混凝土浇筑时，采取有效措施严格控制出机温度和浇筑温度，减少混凝土总温升，减少混凝土内外温差，混凝土入模温度不大于 30% ，采用合理的振捣时间，并采用二次振捣技术。

6）采取有效的保温保湿措施，减小混凝土内外温差，混凝土中心和外表面的最大温差严格控制在25℃以内。

采取以上措施后，水平构件在混凝土早期收缩引起的应力得到有效的控制。同时采用YJK 软件对结构楼板应力进行分析，对应力较大位置定向的采取加强措施。计算分析采取以下基本假定： ① 采用带有地下室的整体模型进行分析，由于地下室基础梁板与土体接触，使用阶段温差变化不大，故模型中未考虑基础梁板的影响。②结合施工模拟顺序，控制结构的合拢温度，全面考虑温差取值。 ③ YJK 计算模型上采用楼层弹性楼板6 假定。

4.1 后浇带封闭温度

后浇带封闭时的温度变化范围按 10C～25C 考虑，结合施工进度，控制结构的合拢温度，初始平均温度取为 T_0,max=20°C ， T_0,min=10ΦC_⨀ 。

4.2 徐变折减系数

混凝土徐变对超长混凝土结构的温度应力影响很大，由于徐变的存在导致混凝土结构应力释放和降低。考虑混凝土徐变变形引起的构件应力松弛，徐变折减系数取 k=0.30, 。

4.3 混凝土截面裂缝的影响

在温度荷载作用下，须考虑构件截面裂缝的影响，因此考虑梁柱结构出现裂缝后刚度减弱引起的约束减弱，根据以往工程经验，折减系数取 0.85

4.4 正常使用阶段混凝土后期收缩当量温差

对于混凝土收缩的当量温差，考虑配合比的优化，混凝土最终收缩应变可取 ε=300x10^-6, 。在整体结构封顶，后浇带闭合以前，可认为混凝土已经完成了65% 的自由变形，残余应变仅为 105×10^-6 。混凝土线膨胀系数为 X=1×10^-5/^oC ，则混凝土收缩的等效温差△T 。

4.5 正常使用阶段季节温差变化

根据相关资料及荷载规范附录E.5 参考相近城市，宿迁市年最高温度和最低温度为： T_max=35^∘C ， T_min=-89C ；月平均气温：最高 32% （七月），最低 -2% （一月）

1）一层及其以上的室内：

夏季室内外温差取 10% ，冬季室内外温差取 15^∘C_⋅ 。

根据荷载规范 9.3.2 条的规定，对于有围护的室内结构，结构平均温度应考虑室内外温差的影响。另据该条条文说明，结构平均温度可近似取室内外环境的平均值，因此结构最高平均温度：

T_s,max= ［最高基本气温 + 室内环境温度（取夏季最高月平均气温与室内外温差的差值）］/2

=[35+（32-10） 1/2=28.5^φC 结构最大温升工况的均匀温度作用标准值如下：

△ TK=TS,max-T0,min=28.5-10=18.5℃结构最低平均温度

Ts， ［最低基本气温 + 室内环境温度（取冬季最低月平均气温与室内 外温差的差值）］/2

=[-8+（-2+15） 结构最大温降工况的均匀温度作用标准值如下△ TK’ Λ=T^S,min- △ T -T_0,min=2.5-10.5-20=-28%

2）一层室外覆土区域（覆土厚度约 1.5m～3.75m ）及地下一层楼面：考虑覆土保温的有利作用，考虑0.6 的折减系数，无覆土区域不予考虑。

L △

4.6 正常使用阶段最不利系统温差

考虑上述三方面因素：季节温差、混凝土收缩当量温差以及混凝土徐变的影响，确定结构最不利温差为：

一层及以上的室内：

升温：△ T_max=k^* △ T_⋅K=0.30×0.85×18.5=4.72% ，取 5.0% 降温：△ T_min=k^*Δ T_K^′Π=-0.30×0.85×28=-7.149 ，取 一层室外覆土区域（覆土厚度约 1.5m～3.75m ）及地下一层楼面：

升温：△ ，取 3.0% 降温：△ T_min=-0.6×0.30×0.85×28=-4.28% ，取 -4.5%

4.7 温度应力分析结果

对楼板进行温度应力的计算分析，仅示意二层结构在降温及升温工况下的应力结果，如下图所示：

由温度应力计算结果可知，在降温工况下，仅洞口旁较窄连接板处、楼板出现拐角处的位置产生较大的拉应力及剪应力，其它大部分位置的应力均相对较小，对结构整体影响不大。楼板产生的拉应力和压应力绝大部分均在楼层混凝土承受的范围内，作为加强措施，此部分区域楼板采用双层双向配筋，适当提高配筋率至 0.25% ，在楼板四角处设置斜筋和放射筋来平衡较大应力。

5、结论

本工程温度应力作用的组合工况下，楼板弹性配筋可控。现阶段温度应力的分析还难以达到精细的程度，温度应力的分析主要反映温度应力的变化规律，在超长结构的温度应力控制中重视概念设计，采取恰当的构造措施。例如，梁设计时，梁顶跨中至少设置 2 根通长钢筋，梁两侧设置腰筋，控制腰筋单侧配筋率 0.2% ，腰筋与主筋及腰筋之间间距不大于 200mm ，腰筋在梁支座处按受拉锚固设计。楼板设计时，钢筋在超长方向采用双层拉通设计，本单体超长达到规范伸缩缝限值的2 倍多，按《结构设计统一技术措施》的要求，楼板钢筋每层沿超长方向拉通的配筋率为 0.25% 。

参考文献

［1］高层建筑混凝土结构技术规程: JGJ 3—2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社 , 2011.

［2］建筑抗震设计规范：GB50011—2010［S］．北京 : 中国建筑工业出版社，2010

［3］结构设计统一技术措施：ISBN 978-7 112 21643-7［TU318.4］北京: 中国建筑工业出版社，2018.2