超长结构计算温度应力对设计结果的影响

超长结构计算温度应力对设计结果的影响

徐颖

苏交科集团股份有限公司新疆分院 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012，建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。本文将通过具体工程分析对比超长结构考虑了温度应力后钢筋用量的变化。

关键词：温度应力；超长结构；钢筋用量

一、工程概况

某酒店地下车库，单层层高4.5m,长x宽：81.6x36.6㎡，未设缝。所处场地抗震设防烈度为8度（0.20g）第三组。框架-剪力墙结构，楼板采用现浇钢筋混凝土楼板。框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。结构平面图见下图。

2. 温度应力计算

1. 基本气温

气温是指在气象台站标准百叶箱内测量所得按小时定时记录的温度。基本气温根据当地气象台站历年记录所得的最高温度月的月平均最高气温值和最低温度月的月平均最低气温值资料，经统计分析确定。根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012附录E.5可查出工程项目所在地50年重现期的月平均最高气温Tmax和月平均最低气温Tmin。

2. 温度应力的计算

整体结构分析软件：盈建科结构计算软件。根据计算软件，程序假定采用杆件截面均匀受温、均匀伸缩的温度荷载加载方式。在杆件两端节点上分别定义节点温差，从而定义了一根杆件的温度升高或降低。这里的温差指结构某部位的当前温度值与该部位处于无温度应力时的温度值的差值。程序中输入“最高升温”和“最低降温”两组温差，分别用以考虑结构的膨胀和收缩两组温度荷载工况。进行温度荷载下的分析时，应该将温度荷载影响范围内的楼板定义为弹性膜，之后点选

结构总体信息中的“计算温度荷载”，目前程序是按照线弹性理论计算结构的温度效应，对于混凝土结构，考虑到徐变应力松弛特性等非线性因素，实际的温度应力并没有弹性计算的结果那么大。因此可以视情况在组合系数的基础上乘以徐变应力松弛系数0.3。

3. 计算结果

分别取长向（X向）、短向（Y向）端榀和中间榀两榀框架梁进行考虑温度应力及未考虑温度应力的计算结果进行对比分析。其中框架梁混凝土强度等级C35，梁主筋与箍筋均采用HRB400级钢筋。现命名考虑温度荷载模型为模型A，未考虑温度荷载模型为模型B，得出以下结果：

1）X向端榀框架梁对比结果：

通过上表可以看出，考虑温度荷载后，端榀梁上部支座钢筋配筋面积平均增大了22.4%，梁下部纵筋配筋面积增大了21.4%，梁箍筋加密区配筋面积增大了12.5%。

X向中间榀框架梁对比结果：

通过上表可以看出，考虑温度荷载后，中间榀梁上部支座钢筋配筋面积平均增大了25.6%，梁下部纵筋配筋面积增大了30.4%，梁箍筋加密区配筋面积增大了25.0%，非加密区箍筋配筋面积增大了16.6%。

2）Y向端榀框架梁对比结果：

通过上表可以看出，考虑温度荷载后，端榀梁上部支座钢筋配筋面积平均增大了3.6%，梁下部纵筋配筋面积增大了4.0%，梁箍筋加密区配筋面积增大了12.5%。

Y向中间榀框架梁对比结果：

通过上表可以看出，考虑温度荷载后，端榀梁上部支座钢筋配筋面积平均增大了16.7%，梁下部纵筋配筋面积未发生明显变化，梁箍筋配筋面积未发生明显变化。

4. 计算结果分析

通过以上对比结果我们可以看出，考虑温度荷载所引起的应力变化较明显，尤其体现在长向的框架梁上，主筋配筋面积增幅均大于20%。而我们在一般设计过程中往往会忽略温度荷载对短向构件的影响，经比较，可以看出温度荷载影响下的短向应力变化虽增幅小于长向构件，但仍不可忽视。

结束语

温度应力引起的裂缝在北方地区的超长混凝土结构中较普遍，因此对于未设缝的超长结构来说，温度应力是起控制作用的重要一环，在设计中应采取一系列措施减少温度应力。1）增设后浇带：利用混凝土早起收缩量大的特征通过释放早期混凝土收缩应力从而减小温度收缩应力引起的变形；2）楼（屋）面板增设温度筋。即在板面未设置双向通长钢筋时，应在板区格顶面未设置钢筋的范围内设置附加双向温度钢筋；3）采取加强框架梁抗扭钢筋等构造措施。4）计算温度荷载，从而保证结构长期使用的安全性和耐久性，此计算过程不应忽视。

参考文献及规范

1. 《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012.

2. 盈建科系列建筑结构软件（2.0.0网络版）