第41卷第1期2011年1月建筑结构Building Structure Vol.41No.1Jan.2011某超长混凝土结构温差效应分析及构造措施张坚，徐以纬，虞炜，杨必峰，路岗（上海建筑设计研究院有限公司，上海200041）［摘要］杭州某项目地下室为双向超长结构，上部主楼为单向超长结构，温差收缩效应显著，一般构造措施难以满足要求。
采用有限元方法对结构的温差收缩效应进行详细的分析，得到温度应力分布的规律及数值。
在分析结果的基础上，对不同部位采取不同的对应措施，有效地解决了温差收缩效应带来的不利影响，对超大、超长混凝土结构设计有一定的参考价值。
［关键词］超长建筑；温差效应；温度应力；裂缝控制中图分类号：TU318.8文献标识码：A文章编号：1002-848X （2011）01-0063-05Analysis and details of temperature variation effects on an overlong concrete structureZhang Jian ，Xu Yiwei ，Yu Wei ，Yang Bifeng ，Lu Gang（Shanghai Institute of Architectural Design ＆Research Co.，Ltd.，Shanghai 200041，China ）Abstract ：An overlong concrete structure with a bilateral overlong basement was accompanied by significant temperature variation and shrinkage effect ，and the design demand could not be satisfied by common detailing methods.The temperature variation and shrinkage effects of the structure were analyzed in details by using finite element method ，and the distribution of temperature stress was obtained.Based on the analysis results ，different practical measures were used ，which effectively reduced the negative results of temperature variation and shrinkage effects.The experience in this project could be a useful reference for similar mass and overlong concrete structures.Keywords ：overlong structure ；temperature variation effect ；temperature stress ；crack control作者简介：张坚，高级工程师，一级注册结构工程师，Email ：zhangjian @ 。
1项目概况杭州某项目位于杭州市滨安路以南、长河路以东地块，总建筑面积约15万m 2。
整个项目由1栋20层的生产大楼及2栋2 3层的框架多层建筑组成（图1），其中生产大楼建筑面积约7.5万m 2。
三个单体共同坐落在一个近似方形的整体地下室上。
地下室平面约170m ˑ210m ，生产大楼长约139m ，宽约35m ，地上及地下结构均未设置收缩缝，建筑物长度大大超出规程［1］所建议的适用长度，设计时需考虑温差效应影响。
生产大楼为地下1层、地上20层的高层建筑，建筑总高为87m ，层1层高6.3m ，层2层高5.6m ，其余各层层高均为4.2m 。
建筑标准层平面图见图2。
其结构体系为框架-剪力墙结构。
建筑采用8.4m ˑ8.4m 的典型柱网，中庭区域为8.4m （南北向）ˑ16.8m （东西向）柱网。
底层框架柱截面为1m ˑ1m ，混凝土强度等级为C50；在建筑的东西两端以及中庭两侧布置核心筒剪力墙，底层剪力墙典型厚度为0.4m ，混凝土强度等级为C40。
楼、屋盖采用现浇钢筋混凝土梁板结构，混凝土强度等级一般为C30，典型框架梁截面为500ˑ650，次梁截面为300ˑ600；地下室顶板厚度为180mm ，室外覆土区域为250mm ；其他楼层典型板厚为130mm ，中庭楼板区域楼板厚度为200mm ；屋面层图1建筑效果图图2标准层典型平面简图（非连接层）楼板厚150mm 。
从建筑功能上看，生产大楼可以分为东、西两个塔楼及跨度为16.8m 的中庭区域，中庭区域每3层用楼板连接，构成空中花园。
剪力墙集中于每个塔楼的端部，从而形成4个相对集中的核心筒。
由于建筑总高小于100m ，结构的竖向温差效应影响不显著，但结构的平面长度超长，并且在结构布置上，两个端部存在核心筒，对楼板的水平约束强烈，水平温建筑结构2011年差产生的效应比较大。
一方面，楼板在负温差下产生约束拉应力，设计时需对其强度及裂缝宽度进行复核；另一方面，端部的剪力墙及框架柱相应地受到水平剪力，在设计中需予以充分考虑，以确保结构安全。
因此，有必要对结构进行定量的温差效应分析。
2温差收缩分析2.1季节温差楼屋盖中面在施工和使用过程中所经受的季节温差ΔTt ，为各月份的平均温度T中与混凝土终凝温度T凝的差值，即ΔTt=T中－T凝。
根据表1的统计资料，杭州地区月均气温最高为7月28.4ħ，最低为1月4.3ħ。
考虑极端气候条件出现频率有上升趋势，取7月月均气温为33ħ，1月月均气温为0ħ。
则混凝土终凝温度T凝的变动范围可以取033ħ。
对不考虑空调使用时，其非屋面层T中的变动范围可以取0 33ħ；考虑空调使用时，其非屋面层的T中可以取空调工作温度18 26ħ。
于是，当不使用空调时，非屋面层最大负温差为0－33=－33ħ，最大正温差为33－0=33ħ；当使用空调时，非屋面层最大负温差为18－33=－15ħ，最大正温差为26－0=26ħ。
杭州地区月平均气温统计表1建筑的屋面层通常有保温、隔热等措施，可以取环境温度为屋面的外表面温度，内表面温度可以取空调工作温度（有空调时），或环境温度（无空调时）。
这样，当不使用空调时，屋面层的最大正、负温差同非屋面层；当使用空调时，屋面层最大负温差为（18+0）/2－33=－24ħ，最大正温差为（26+ 33）/2－0=29.5ħ。
2.2混凝土收缩当量温差混凝土收缩应变的形成和发展与混凝土龄期密切相关，一般可以表述为：εs =（1－e－0.01t）εs0，其中εs 为混凝土极限收缩应变，εs0为龄期t混凝土收缩应变。
混凝土收缩当量温差为ΔTs =εs/α，其中α=1.0ˑ10－5，为混凝土线膨胀系数/1/ħ。
通常情况下混凝土极限收缩应变εs0约为400ˑ10－6。
如要求180d以后封闭后浇带，则混凝土收缩当量温差为ΔTs =－（400ˑ10－6ˑ15%）/（1.0ˑ10－5）=－6ħ；如按常规要求90d以后封闭后浇带，则混凝土收缩当量温差为ΔTs=－（400ˑ10－6ˑ40%）/（1.0ˑ10－5）=－16ħ。
如施工要求提前封闭后浇带，可以考虑设置膨胀带等措施以抵偿此收缩影响。
2.3设计计算温差的确定设计计算负温差应为季节温差与收缩当量温差的叠加，即ΔT=ΔTt+ΔTs。
正温差则不计入收缩当量温差。
对本工程，设计时取不利的不考虑空调影响的工况。
同时，控制层1，2楼面后浇带施工时的终凝温度为10 15ħ，对层3及以上各层不控制终凝温度。
这样，层1，2的季节温差，最大正温差为33－10=23ħ，最大负温差为0－15=－15ħ；上部各层最大季节正温差为前文计算的33ħ，最大负温差为－33ħ。
设计计算温差取值如表2所示。
设计计算温差取值表2楼层正温差/ħ负温差/ħ季节温差ΔT t计算温差ΔT季节温差ΔT t收缩温差ΔT s计算温差ΔT层1，22323－15－6－21层3及以上3333－33－16－492.4徐变应力松弛折减系数季节温差和混凝土收缩都是随时间变化比较缓慢的作用，是一个长期效应。
由于混凝土徐变的存在，结构中实际应力会远远小于弹性分析的结果。
徐变应力松弛折减系数为φa=εcr/εe l，其中εcr为徐变变形，εe l为弹性变形。
徐变应力松弛折减系数，即折减前后的弹性模量之比为k=εe l/（εe l+εcr）=1/（1+φa）。
φa通常取值为2 4，如取2.33，则对应徐变应力松弛折减系数k为0.3。
2.5温差效应的计算方法进行温差收缩效应的设计时，应考虑混凝土徐变造成的应力松弛，混凝土构件微裂缝造成的刚度折减，并考虑适当的荷载效应组合。
根据以上的计算，徐变应力松弛折减系数k取0.3。
根据文［2］建议，对混凝土结构，刚度折减系数可以取0.85，当采用预应力时刚度折减系数可取1.0。
设计时，荷载效应组合可只考虑与重力荷载效应按下式进行组合：S=γGSGK+φTγTSTK。
其中重力荷载作用分项系数γG取1.25，温度效应作用分项系数γT取1.2，温度效应组合系数φT取0.8。
3温差效应计算结果分析工程采用ETABS对结构进行整体建模来分析温差效应。
其中，墙板采用壳单元模拟，楼板采用膜单元模拟。
模型将地下室整体输入，地上部分仅包含生产大楼，不含其余两栋多层框架。
从温差效应46第41卷第1期张坚，等.某超长混凝土结构温差效应分析及构造措施计算的结果可以看到，正温差不起控制作用，故仅对负温差工况进行分析。
地下室整体规模较大，故考虑对地下室顶板施加预应力，则其温度荷载为0.3ˑ1.00ˑ（－21）=－6.3ħ；层2及以上各层不采用预应力，层2的温度荷载为0.3ˑ0.85ˑ（－21）=－5.4ħ；层3及以上各层的温度荷载为0.3ˑ0.85ˑ（－49）=－12.5ħ。
图3为结构竖向变形及层1平面变形。
温度收缩变形主要发生在下部5层。
层5处，X 向两端各往中心收缩约7.6mm ，Y 向两端各往中心收缩约1.2mm ；层5以上各层的收缩变形趋缓。
这是因为整体结构同时降温时，相邻楼层共同收缩，产生不了相互约束的效应；而基础附近楼层受到基础的强约束，是温差效应影响显著的区域。
因此，越接近基础的楼层，应力越大；层高越小的楼层，层刚度越大，应力也越大；楼板连续的楼层应力大于大范围开洞的楼层应力。
就本工程而言，地下室顶板受到地下室外墙的强约束，应力大；层2楼板中庭开洞，且层高较高，应力小；层3楼板连续，层高较小，应力也大；层4以上则随楼层升高而应力显著下降，温差效应影响可以忽略。
