南京新城大厦超长混凝土结构温度应力分析与设计.pdf
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1、第4 0卷第 1 1 期 2 0 1 3年 1 1 月 建筑技术开发 Bu d i l d i n g Te c h n i q u e De v e l o p me n t Vo 1 40 No 1 1 NO V 2 0l 3 南京新城大厦超 长 混凝 土 结构 温度应 力 分 析 与设 计 张磊赵苏北 ( 深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司南京分公司, 南京 2 1 0 0 0 5 ) 【 摘 要】 结合南京新城大厦工程 , 利用有限元软件对超长混凝土结构收缩和温差引起的内力进行模拟 , 得出了温降作 用下结构内部温度应力的大小及其分布规律 , 对超长结构的温度作用进行了探讨 , 并提出
2、无粘结预应力钢筋 抵抗温度应力的方法以及施工设计中常见问题的解决方法 , 可为类似工程提供参考。 【 关键词】 超长混凝土结构; 温度应力 ; 无粘结预应力; 后浇带 【 中图分类号】 T U 3 1 8 文献标志码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 5 2 3 x( 2 O 1 3 ) 1 1 - 0 0 1 1 - 0 5 TEM P ERATURE S TRES S ANALYS I S AND DES I GN ON OVER LONG CoNCRETE S TRUCTURE oF NANJ I NG XI NGCHENG BUI LDI NG 【 K e y w o r d s
3、Z h a n g L e i Z h a o S u - b e i A c c o r d i n g t o t h e p r o j e c t o f n a n j i n g x i n g c h e n g b u i l d i n g , T h e t e mp e r a t u r e s t r e s s w a s a n a l y z e d w i t h fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s me t h o d , a n d t h e r u l e s o f t h e t h e r ma l s
4、 t r e s s d i s t r i b u t i o n w e r e g i v e n T h e t h e rm a l s t r e s s o f 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 wa s a p p r o a c h e d A d e s i g n me t h o d a b o u t t e mp e r a t u r e s t r e s s o f u n b o n d e d p r e s t r e s s wa s u s e d ,t h e m e t h o d
5、 o f c o n s t r u c t i o n d e s i g n w a s g i v e n A l l o f t h e s e c a n o f f e r r e f e r e n c e f o r s i mi l a r p r o j e c t o v e r l o n g c o n c r e t e s t ruc t u r e ;t e mp e r a t u r e s t r e s s ;u n b o n d e d p r e s t r e s s ;p o s t c a s t s t r i p 1 工程概况 新城大厦位
6、于南京市建邺区江东中路以东, 牡 丹江街以南的河西新城中心区商务中心, 行政广场 向西与 奥体 中心一 文化馆 区一 滨江风光带 遥遥相 对。本次设计的二期工程位于一期工程的西北侧 , 由A B C D四座空中相连 的办公塔楼和沿南西北 3 侧 环绕塔楼的二层高的企业办事服务中心大楼组成。 见 图 1 。 本工程裙房部分为企业办事服务中心, 大楼高2 层 , 1 、 2 层高4 5 I n , 地下两层 , 地下 1 层层高为5 4 In, 地下 2 层层高 为4 8 In。地下 2 层为平 、 战结 合的人 防地下室, 人防设防等级为6 级。 本工程 场地地震设防烈度为 7度 , 设计 基本
7、地 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 8 1 5 作者简介 : 张磊( 1 9 8 0 一 ) , 男, 毕业于东南大学土木学院, 工学硕士, _I程师, 国家一级注册结构工程师 , 现从事建筑结构设 计。 震加速度为0 1 0 g, 建筑场地类别为I I I 类, 设计地震 分组为第 1 组 , 建筑的抗震设防分类标准为丙类 。 建筑场地基本风压为0 4 5 k N m ( 按 1 0 0 年重现期考 虑) 。 图1 新城大厦效果 2屋面结构体系 屋面结构采用梁板结构体系, 结构布置( 如图2 所示) 主梁主要截面尺寸5 0 0 m m8 0 0 m m, 次梁主 第 1 l期 张磊 ,
8、等 : 南京新城大厦超长混凝土结构温度应力分析与设计 第 4 0 卷 要截面尺寸 为 3 0 0 m m X 7 0 0 mm, 结构板厚 1 5 0 m m, 向不设缝最大计算长度为2 1 0 i n , Y向不设缝最大 计算长度为 1 6 0 m 。本工程结构平面尺寸在两个方 向均远超 混凝土结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 中框架结构伸缩缝最大间距 5 5 m要求, 属超长结构 , 本文 主要对裙房 屋面超长结构 的温度应力进行分 析。 图2 屋面结构及后浇带布置 3 屋面结构温度应力分析 在正常使用条件下, 混凝土裂缝主要是由混凝 土自身收缩和坏境温度变
9、化引起的收缩两部分所产 生的。在超长混凝土结构设计时 , 最有效的方法是 通过对超长混凝土结构施加预应力来抵消这两部分 的拉应力 , 确保结构不产生有害裂缝。因此需对混 凝土收缩和温度所产生的应力进行分析 , 才能确定 预应力筋的数量和布置。 3 1 结构收缩 当量温差分析 收缩是混凝土结构固有属性 , 也是引起混凝土 开裂的主要原因之一。决定混凝土收缩应力大小的 主要因素有水泥品种 , 骨料级配 , 水灰 比, 养护时间, 使用环境等“ 。一般混凝土浇筑后 1 0 3 0 d 内完成收 缩 占总 收缩 量 的 1 5 3 0 , 9 0 d一 般完 成 6 0 8 0 , 1 年后完成9 5
10、 左右。 工程设计 中 , 收缩当量温差是将结构 收缩产生 的变形进行等效, 换算所得温差 , 按下式计算: A T= l ( , t ) 一 ( , t ) l 式 中 : ( , t 。 ) 为 混 凝 土 最 终 收 缩 应 变 ; ( t , t ) 为混凝土在 t 时期内应变; t 为混凝土龄 期; 沩收缩开始龄期 , 假定为3 d ; 为混凝土线膨 胀系数 , 取 1 0 1 0 - 因后浇带在两侧混凝土浇筑完成6 0 d 后浇筑, 参考文献 3 附录F的计算公式 , 结合文献4 的计算 结果 , 取 占 ( 6 0 , 3 ) 9 7 4 81 0 , 巩 ( , 3 ) 3 4
11、 0 3 8 1 0 一 , 得 =( 3 4 0 3 8 9 7 4 8 ) X 1 0 6 1 01 0 一 1 2 2 4 。 3 2 结构计算温差分析 温度下降会引起混凝土收缩 , 混凝土中温度应 力的大小取决于温差。本工程设计计算时可仅考虑 使用期间的温度作用。结构使用期间的计算温差 按下式计算 : AT K = 一T o , A T k = 一T o 式 中: 为结构最高平均温度 ; T o 为结构最低平均 温度; 删 为结构最低平均温度, 为结构最高初 始平均温度。 室外空气 温度 夏季取 5 0 年一遇最高 日平均温 度 , 冬季取 5 O 年一遇最低热 日平均温度。 按南京气
12、象局提供的数据资料 , ,= 3 7 , T = 一 6 。考 虑 覆 土 及 建 筑 保 温 影 响 , 取 = 2 9 ,T s = 一 4 , 在混凝土浇筑时, 要求后浇带封闭 期问日均气温为 = 1 0 。在升温时期, 混凝土自 身 膨胀, 对构件内力产生压应力, 不会产生收缩裂缝, 因此在裂缝控制分析时只考虑在降温情况下的温 差 。贝 0 A i r k = 一T o =41 0=一 6 。 3 3 考虑混凝土徐 变的综合温差 混凝土结构一般是带裂缝工作的, 混凝土的徐 变对温度收缩应力起到松弛效应 , 在很 大程度上可 以降低结构弹性温度应力, 所以采用弹性方法分析 超长结构时可考
13、虑这些有利因素作用 , 可以考虑对 综合温差进行折减 , 综合温差由收缩当量温差和结 构计算温差两部分组成。 按下式计算 : T s T 。 : n A T 工程设计中考虑徐变通常简化为按弹性计算的 温差应力乘以松弛系数。由于结构遭受的年温差及 温度收缩都是在相当长的时段中进行的, 需考虑徐 变引起的应力松弛会大幅度降低弹性应力1 1。则 : A T , = R ( t , t 。 ) o 式中R ( t , t 。 ) 为混凝土徐变松弛系数。按文献 6 考虑配筋率影响的公式计算: R ( t , t 0 ) = 1 1 1 + x ( t , t 0 ) ( , t 0 ) 其中: t o
14、为加载时混凝土龄期, 取7 d ; x ( t , t 。 ) 为 混凝土老化系数; ( t ) 为徐变系数, 参考文献 3 附录F 的徐变系数计算公式进行计算。得 R ( , 7 ) 一 0 3 5 , 则 最 终 等 效 综 合 温 差 : 如= R ( t , t 。 ) ( A T + A T ) = 0 3 5 ( 6 + 2 4 ) = 1 0 3 4 温度荷载作用效应组合 建筑结构荷载规范) ( G B 5 0 0 0 9 2 0 1 2 ) 规定温 度荷载作用的分项系数为1 2 , 温度作用效应的组合 值系数取 0 6 , 频遇值系数取 0 5 , 准永久值系数取 第 1 1期
15、 张磊, 等: 南京新城大厦超长混凝土结构温度应力分析与设计 第 4 0卷 力增大差别不大, 对于8 0 0 m m X 8 0 0 m m柱, 边柱普 遍增加 5 1 5 , 中柱普 遍增 加 1 5 2 5 。对 于 8 0 0 m m X 1 5 0 0 m m柱, 边柱普遍增加 1 0 2 0 , 中 柱普遍增加 2 0 3 0 。可见温度荷载对柱 内力计 算结果影响显著, 考虑到我国规范尚未有柱荷载作 用效应是否需考虑温度荷载作用未有明确规定, 本 工程为安全起见 , 对框架柱配筋计算按照温度荷 载 占总荷载作用效应贡献对计算结果放大。 表 1 温度荷载作用下柱 内里结果 降温工况
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