某图书馆建筑结构设计中温度应力计算分析及探讨

某图书馆建筑结构设计中温度应力计算分析及探讨

程伟

安徽省建筑设计研究总院股份有限公司 安徽省合肥市 230000

[摘 要]：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环境温度变化引起的收缩这两部分导致的。由于引起结构温度变化的因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其他人为因素（如火灾）等，诱因多样性是温度作用有别于其他（荷载）作用，难以准确描述，而混凝土结构中的裂缝大多为混凝土收缩和温度应力共同作用下产生的，本文采用MIDAS GEN Ver800软件进行楼板温度应力分析计算，结果可为同类工程提供设计参考。

[关键词]：温度应力；混凝土裂缝；温度后浇带

前言：改革开放以来，随着经济逐步增长，随着建筑的增加，人们对于结构形式的认识有了长足的进步，越来越多复杂的建筑拔地而起，人们对于复杂结构的分析也不再局限于传统的内容，某图书馆由于建筑功能需要不能在结构中部设置伸缩缝，故很有可能存在抵抗温度应力薄弱部位，因此很有必要进行温度应力的计算和分析。

1 工程概况

本工程位于某市政务区，为地上11层、地下1层的框架剪力墙结构，东西向长159.6m，南北向长79.8m，由于建筑功能需要不能在结构中部设置伸缩缝，故很有可能存在抵抗温度应力薄弱部位，因此很有必要进行温度应力的计算和分析。

某市月最高平均温度为32.36℃（7月），月最低平均温度为0.17℃（1月）。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环境温度变化引起的收缩着两部分导致的。由于引起结构温度变化的因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其他人为因素（如火灾）等，诱因多样性是温度作用有别于其他（荷载）作用，难以准确描述，而混凝土结构中的裂缝大多为混凝土收缩和温度应力共同作用下产生的，本章节采用MIDAS GEN Ver800软件进行楼板温度应力分析计算。

2 温度应力分析

2.1 温度应力计算

本次计算考虑后浇带合拢至工程装修为温度影响最不利阶段。由于温度作用影响因素复杂，本次分析中主要考虑混凝土收缩当量温差和季节温差作用对楼板的影响。

本项目楼板由于设置了温度后浇带，考虑后浇带合拢时间为60d，混凝土收缩龄期取为60d~360d。取钢筋混凝土极限收缩应变为3.24×10-4，60d龄期收缩系数取为0.65，360d龄期收缩系数取为0.97。则在该分析阶段混凝土收缩应变(0.97-0.65)×3.24×10-4=1.0×10-4，可得混凝土的收缩当量温差为 。考虑到泵送商品混凝土收缩率较标准状态下混凝土的2~3倍，以下分析中，取混凝土的收缩当量温差为20℃。

考虑混凝土浇筑入模温度为10℃，对于楼盖，取季节温差为降温10℃，升温25℃；对于屋盖，取季节温差为降温15℃，升温30℃。

综合考虑混凝土收缩当量温差和季节温差，同时本次分析考虑混凝土徐变引起的应力松弛系数取0.3，楼板刚度退化引起的刚度折减系数取为0.85。温度作用的组合值系数取为0.6。

本温差作用通过加在全屋盖和全楼盖节点上温差来体现温度影响,并进行整体分析计算。

2.2楼板温度应力计算分析结果

以2F（裙房屋面）为例进行说明。在升温作用下，由于混凝土膨胀，楼板中产生温度应力为压应力。从分析结果来看，忽略局部应力集中，各楼层其余普遍楼板应力在升温作用下的温度压应力在1~4N/mm2，明显小于混凝土轴心抗压强度标准值。以下给出各层楼盖在温度荷载作用下楼板内产生的温度应力云图，单位N/mm2。

MIDAS GEN楼板分析结果：

20.3.（a）2F板升温 向应力图

20.3.（b）2F板升温 向应力图

在降温荷载作用下，楼板内产生温度应力为拉应力。从分析结果来看，忽略局部应力集中，各楼层其余普遍楼板应力板内温度拉应力控制在1~1.5MPa，未超出混凝土轴心抗拉强度标准值（C35:2.20MPa）,存在局部少量超出混凝土轴心抗拉强度标准值的情况，主要分布在各洞口周边，施工图设计中应设置双层双向抗温度配筋。

20.4.（a）2F板降温 向应力图

20.4.（b）2F板降温 向应力图

3 针对温度作用采取措施及结论

3.1在房屋各层端部两开间楼板设置双层双向抗温度配筋。结合本楼主楼中部楼板薄弱的情况，主楼各层轴14~21范围内的楼板增大板厚，设置双层双向抗温度配筋，同时兼做抗震加强筋。此外，针对屋盖拉应力较大处（如凹凸角处），采用二级裂缝控制，根据需要设置∅s15.2的钢绞线。

3.2施工采取措施：

a、混凝土低温入模，低温养护，尽量降低混凝土的终凝温度；

b、设置后浇带，避免混凝土收缩应变的高峰发展期，从而有效释放大部分的收缩应力。

结合项目当地气象情况，针对本工程，当入模温度0~10℃时，后浇带浇筑封闭时间不应少于60d；当入模温度10~20℃时，后浇带浇筑封闭时间不应小于90d。

3.3根据本文分析得出结论，对于楼板超长的结构，会存在抵抗温度应力薄弱的部位，在实际工程中应予以加强。

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