超长混凝土结构的温度应力分析与设计实践
超长结构温度应力分析与控制措施
超长结构温度应力分析与控制措施摘要：随着人们对建筑物使用功能的要求越来越高，一些公共建筑正逐渐向大型化、舒适化发展，大量超长、超宽的大型公共建筑随之涌现。
由于季节变化的影响，超长结构的温度应力问题会导致混凝土楼板产生裂缝，严重影响建筑的使用功能和结构安全，因此温度作用在设计中必须予以考虑。
本文以某钢筋混凝土框架-剪力墙结构为例，对超长结构的温度应力问题采用有限元分析程序MidasGen进行了计算分析并给出了控制措施。
关键词：超长结构；温度应力；后浇带；有限元分析1、前言超长结构，由于季节变化等因素的影响，会让超长结构的混凝土发生变形，当混凝土的变形受到墙体等构件的约束，楼板内便会产生较大的温度应力，当温度应力高出混凝土的抗拉强度时，就会导致混凝土楼板会产生裂缝，通常情况下，若在结构中采用低收缩混凝土材料、设置后浇带以及采用预应力钢筋等措施时，温度应力及收缩应力对结构的影响一般可以忽略。
但超长混凝土结构中，如若不进行合理的温度效应控制，柱、墙等竖向构件将产生显著的温度内力，影响结构的承载能力；楼板则很有可能开裂并形成有害的贯通裂缝，对建筑防水和结构的耐久性很不利，影响建筑的正常使用，因此，如何降低温度应力的影响是超长结构设计的关键问题。
2、工程概况某五星级酒店主楼部分采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板体系，底部裙楼为两层宴会大厅，并设有斜圆柱形主出入口。
框架柱截面尺寸600mmx600mm～900mmx1200mm，墙截面尺寸200～500mm。
现行GB50010－2010《混凝土结构设计规范》中对房屋建筑工程结构伸缩缝的最大间距做如下规定：对于现浇式结构，普通砖混结构50m，框架结构55m，剪力墙结构45m，框架-剪力墙结构根据框架和剪力墙的具体布置情况取45~55m之间，通常可取50m。
该酒店结构不设缝轴线尺寸为167.2m，超过了规范要求。
3、温度工况(1)温度荷载。
关于大面积超长混凝土结构的温度应力分析与设计
关于大面积超长混凝土结构的温度应力分析与设计[摘要]伴随现代建筑业持续稳健的发展，工程建设复杂程度不断提高，大面积超长混凝土（砼）结构类工程项目逐渐增多，对结构的不设缝实际长度提出更高要求。
结构越长，则降温所致收缩变形就会相对越大，因约束而产生更大拉应力，以至于结构裂缝实际宽度不断增加，那么，为更好地解决这一问题，本文结合具体的工程案例，探讨超长大面积砼结构温度应力的设计分析，仅供参考。
[关键词]混凝土（砼）；大面积；超长；结构；温度应力；设计；前言：伴随着现代建筑工程领域当中，大面积超长混凝土（砼）结构类型不断出现，为更好地把握其温度应力，积极落实相应的设计工作，对大面积超长混凝土（砼）结构温度应力的设计开展实例分析较为必要。
1、简述温度应力基本特点砼浇筑完毕，往往会产生水泥水化的释放问题，以至于结构中心温度会比表面温度高。
对此，大面积且超长砼结构中心部位会有热膨胀产生，且该热膨胀会多于表面部位所产生热膨胀。
因存在着温差，以至于砼结构中心会有压应力产生，而表面位置会有拉应力产生。
温度应力引发结构形变通常可予以修复，呈现反复性，区别于其余应力。
2、实例分析2.1 工况某地交通枢纽工程项目的总建筑面积约201262㎡，其所包含交通的综合体部分地上面积约70121㎡，建筑主楼框架为核心筒式结构，而综合体呈砼框架结构，包含22层地上和2层地下，总建筑高度约94.25m。
其中，地上1层及地下1层均属于大面积的超长砼结构，其柱网尺寸是8.4m*8.4m，平面尺寸则是378.0m*214.2m*。
此工程项目地上1层及地下1层当中结构板均呈较大面积，且要求不可设缝，为避免温度降低及砼收缩所致大面积砼开裂，通过加大配筋率、锚固构造、后浇带等合理设置各项措施，对温度应力、砼收缩应力起到一定抵抗作用。
现结合此工程项目，对超长大面积砼结构温度应力开展分析设计相关研究。
2.2 在温度应力的计算分析层面温度应力的计算分析，通常选取温度荷载，结合此交通枢纽工程项目当地气象统计相关资料记录显示，该地区最冷及最热月份分别在1月及7月，其月度平均气温分别是9℃~16℃、28℃~29℃，其月度平均温差达16℃。
超长混凝土结构温度场温度应力进展论文
超长混凝土结构温度场与温度应力研究进展探讨摘要：由于混凝土结构的热传导性能差，其内外表面不断以辐射、对流和传导等方式与周围空气介质进行的热交换等作用，将使表面温度迅速上升（降低），但结构的内部温度仍处于原来状态，在混凝土结构中形成较大的温度梯度，混凝土结构的各部分处于不同温度状态。
由此产生的温度变形，当被结构的内外约束阻碍时，会产生相当大的温差应力。
关键词：超长混凝土结构；温度应力；温度场；温差荷载；混凝土开裂；耐久性；配筋量1引言目前，在一般的超长建筑结构设计的过程中，往往忽略由太阳日辐射产生的温度荷载。
这对于混凝土表层有贴面，并不直接暴露于太阳直射下的结构来说是可以接受的，但对于混凝土外没有保护贴面的，特别是些体积比较庞大的超长结构来说，是远远不够的。
许多工程结构在施工与使用中发生严重的裂损现象表明，还存在引起结构物裂损的温差荷载。
2超长混凝土结构温度场研究进展温度应力是超长框架结构设计需要考虑的重要因素，而建筑物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础，是决定温度应力结果合理与否的关键，因此在建筑材料导热的基础上对整个结构温度场的计算分析是必要的。
在大体积超长混凝土结构中，温度场的发展过程可以分为三个阶段：①早期温度场，自浇筑混凝土开始，至水泥放热作用基本结束时止，一般约一个月左右。
此阶段特点：因水泥水化热作用而放出大量水化热，引起温度场的急剧变化；②中期温度场，自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时止。
这时的温度场是由于混凝土冷却及外界温度变化所引起的；③晚期温度场，混凝土完全冷却以后的运行期，温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起的，故又称为运行期温度场。
一般认为，结构在运行期间的温度荷载有以下3类：①季节温差指结构闭合阶段的施工期温度与使用阶段温度之差，也称结构中面温差，由极缓慢的气温变化所致；②骤降温差主要是强冷空气的侵袭作用和日落后夜间形成的内高外低温差；③日照温差指同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温差。
超长混凝土结构温度应力研究与应用
２Ｏ ５
３０ ０
２ ７ ２ ７ １ ４ １ ３ １ ４ ． ２ ． ６ ２ ７ ． ５ ． ６ ． ５ ． ２ ． ９ ． ２ １ ４ １ ２ ． ６ ２ ７
２． Ｏ ２． １ ４２ １ ３９ １ ４ １ ３ｌ ．１ ２． Ｏ ２． ８ ９ ９８ ． ． ． ２ ． １ ６ ９ ９
缩 缝 设计成 为 一个 新 的技术 亮 点 。
槽， 有效 控 制 了 结构 的温 度 应 力 ， 收到 了很好 的工 程 效
果。
混 凝土 结构 温度 应 力是 一个 复 杂 的研 究课 题 ， 国 各
：
２工程 概 况
本 工程 为住 宅 小区 ， 包括 １ １栋 ３ 的高层 住 宅 、 ２层 １
；
地 下车库 部 分为 一层 。在 顶板 中 ， 用 塔楼 部分 与 纯地 利 下 室部 分之 间 的原有 高差 ， 量释放 顶 板在 高差 处 的伸 尽
缩变 形 ； 另外 ， 在顶 板 的适 当位 置再 补充 设置 伸缩 沟 ， 以
达 到 与高 差 类似 的效 果 ， 放 顶板 的温 度变 形 ， 释 降低 其
关键 词 ：超长混凝土结构； 温度应力； 伸缩凹槽
１引言
近 年来 我 国建筑 业 蓬勃 发展 ， 筑师 对 不 设缝 的 混 建
设缝 设 计实 例 进 行有 限元 分 析 ， 根据 计算 结 果 ， 分 利 充
用 塔 楼 与纯 地 下 室 的 高差 ，并在 适 当位 置设 置 伸 缩 凹
凝 土 结构 的长度 要求 越 来越 高 ， 超长 混凝 土 结构 不 设伸
４． ８℃ 。
３ ． ２简化模型分析
为 了明确各 因素 对温度 应 力 的影 响 ， 整体 模 型 中 取
超长建筑结构温度应力分析
超长建筑结构温度应力分析摘要随着我国国民经济的持续发展，在国内已经出现越来越多的超长建筑物，但是受限于功能上的使用，大多规定排除温度伸缩缝或者只设置极少的温度伸缩缝。
由于超长建筑结构的温度影响进行不恰当的处理，结构将会产生比较大的损失，甚至可能会影响正常的使用。
我国混凝土的结构设计规范排除了温度的因素，只从构造进行了分析与处理。
所以，分析超长建筑结构的温度应力特点，显得尤为重要，不仅可以为工程设计提供依据，也可以为以后的实际工程设计提供参考价值。
如何更好的利用温度应力分析技术成了其中的重难点问题，本文详细的说明了温度应力对结构的影响和温度应力分析，希望可以抛砖引玉。
关键字超长；建筑结构；温度应力解决超长建筑结构的温度应力问题需要考虑多方面的因素，包括综合设计和施工方面的因素。
综合考虑建筑结构的各个时期温度作用的特性，完善温度作用，更加有利于提高设计的合理性与规范性。
对于超长建筑物的设计必须采用预防结构温度收缩变形的方法。
本文主要就是介绍超长建筑结构温度应力的特点，设计方面的可行性措施，希望借此对超长建筑结构的普及和推广贡献一点微不足道的力量。
1 温度应力对结构的影响1.1 温度应力首先，我们要对温度应力的概念有一定的了解，由于温度变化，结构或者构件产生伸长或缩短，在伸缩由于受到限制时，构件或者结构的内部就会产生应力，称为温度应力。
由于不同的超长建筑物有着不同的结构形式，同时不同时间段的温度作用会产生不同的温度荷载。
一般而言，由自然环境变化而产生的的温差荷载可分为3种形式:1）骤然下降导致的温度差；2）季节变化导致的温度差；3）白天照明强度的变化导致的温度差。
1.2 从设计角度提出的可行性方案从设计角度我们可以提出的可行性方案就是建立超长建筑结构温度问题有限元模型研究。
首先通过分析建筑结构各时期温度效应的特点，其次完善温度效应的影响和温差取值的计算准则，最终挑选出在工程设计中起到控制作用的温差取值，有利于设计时的采用。
超长混凝土结构温度效应分析及设计措施
ｕ ｓ ｅ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｌ ａ ｂ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ
Ｌ Ｕ Ｓ ａ ｏ ｊ ｉ ｎ Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｕ ｏ ＭＡ Ｏ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｚ Ｈ Ｅ Ｎ Ｇ Ｌ ｉ ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ １ ０ ０ ５ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
（ 中国联合工程公 司 ， 杭州 ３ １ ０ ０ ５ １ ）
摘
要 在 温度荷 载作 用 下 ， 超 长混凝 土 结构产 生 的 变形和 内力一 直是 工程 实践 中需要 解 决 的主 要 问 题。利用有限元分析软件 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ ／ Ｇ ｅ ｎ 建立某超长混凝土框架结构的三维模型， 着重分析 了在 温度荷载 作 用下 结构 的 变形和 内力 ， 在 此基础 上 对膨胀 加 强带 的位置 和做 法进 行 了设 计 。建 成后使 用情 况表 明 ，
混凝土应力分析与设计实例
混凝土应力分析与设计实例一、引言混凝土是建筑中最常见的材料之一，其优点有着强度高、耐久性好、施工方便等特点，因此在建筑中得到了广泛的应用。
而在混凝土结构设计中，应力分析是非常重要的一环，它可以保证混凝土结构的安全可靠性。
本文将以一座桥梁的设计为例，详细介绍混凝土应力分析与设计的具体步骤及技术要点。
二、桥梁的设计要求以某城市的一座桥梁为例，该桥梁跨度为30米，宽度为10米，高度为5米，需承受汽车和行人的重量负荷。
设计要求如下：1、桥梁的强度和刚度能够满足荷载要求，不会出现过度挠曲和破坏的情况；2、桥梁的建造成本要尽可能的低，并且在维护成本较低的情况下，能够满足使用寿命的要求；3、桥梁的设计要符合国家相关标准和规范。
三、混凝土结构设计1、荷载计算在混凝土结构设计中，首先需要进行荷载计算，以确定混凝土结构所需的强度和刚度。
根据桥梁要求，该桥梁需要承受汽车和行人的重量负荷，经计算，汽车和行人的重量负荷为40KN/m2和5KN/m2，桥梁的自重为25KN/m2。
因此，该桥梁的总荷载为70KN/m2。
2、混凝土强度计算混凝土强度是设计混凝土结构的重要参数之一。
根据国家相关标准，该桥梁的混凝土强度等级应为C30。
在确定混凝土强度等级后，需要计算混凝土的抗压强度和抗拉强度。
抗压强度计算：根据国家相关标准，C30混凝土的抗压强度应为30MPa。
因此，该桥梁采用C30混凝土时，其抗压强度应不小于30MPa。
抗拉强度计算：混凝土的抗拉强度较低，因此需要对混凝土进行钢筋加固。
根据桥梁的设计要求，该桥梁采用双向钢筋加固。
经计算，该桥梁的钢筋配筋率为0.4%。
3、构件截面尺寸计算在混凝土结构设计中，构件的截面尺寸是非常重要的参数，它决定了混凝土结构的承载能力和刚度。
根据桥梁的设计要求，该桥梁的截面尺寸应为1.5m×0.5m，其混凝土配筋率为1%。
4、桥梁加固设计在混凝土结构设计中，加固设计是非常重要的一步，它可以保证混凝土结构的强度和稳定性。
超长楼盖温度应力分析及设计
超长楼盖温度应力分析及设计近年来，随着现代建筑的不断创新和发展，国内涌现出大量的超长结构。
为了满足建筑的使用功能和美观等要求，越来越多的业主和建筑师要求超长混凝土结构不设置伸缩缝，这无疑突破了结构规范的限制，同時也给结构工程师带来新的挑战。
本文通过一个工程实例介绍了超长楼盖的温度应力分析以及设计，已供交流与探讨。
标签超长楼盖；温度应力；分析；设计1、工程概况本项目博雅A座位于江西省新余市，为一围合式办公建筑，上部结构分为五个区，分别为南楼、北楼、东楼、西楼和中楼。
地下室共一层，同时将地上五区连为一体。
其中南楼地上17层，总高74.7米，采用框架-剪力墙结构，框架和剪力墙的抗震等级均为三级。
南楼的结构平面如图1，平面典型尺寸为18m*125m，应建筑师的要求，楼盖除了在长度方向设置了二道后浇带外，其余均不设缝。
根据《混凝土结构设计规范》的有关规定，框架-剪力墙结构伸缩缝的最大间距为50m，当增大伸缩缝间距时，尚应考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。
本工程纵向长125m，已大大超过规范限值，依据规范要求笔者对该超长结构进行了温度应力分析和设计。
2、温度应力分析对于工业与民用建筑中的复杂结构和超长结构，由于混凝土的收缩和气温的变化都会使结构产生不可忽视的变形，因此近些年来，对这些结构也越来越多的考虑温度作用的影响。
温度作用有以下四类：混凝土收缩等效温差；季节温差；骤降温差；日照温差。
混凝土收缩等效温差是指将混凝土的收缩换算成等效当量温差，再和结构的温度变化叠加，形成计算温差后再进行温度应力分析。
混凝土的收缩是一种随时间而增长的变形，结硬初期发展较快，一个月约完成50%，两个月完成60%～80%，以后却增长缓慢，一般两年后趋于稳定。
本工程楼盖在长度方向设置了二道后浇带，间距约40米，两个月以后浇筑，可以认为采取了设置后浇带的措施后，混凝土的收缩应力因得到释放而变得很小，计算时可忽略混凝土收缩等效温差的影响。
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超长混凝土结构的温度应力分析与设计
实践
摘要:论述了温度应力、温度荷载的取值，并根据实际情况提出了结构设计和施工时裂缝控制的构造措施。
关键词:超长混凝土结构;温度应力;等效温差; 裂缝
引言
当混凝土结构受到降温作用时, 结构物自身就会发生收缩变形( 混凝土的线膨系数为α
= 1x10- 5 ) , 当变形受到约束的时候, 结构物内部就会产生温度应
c
力。
当温度的变化较大时, 产生的应力有可能超过混凝土的抗拉强度, 而导致楼板的开裂。
如今，随着经济的发展，越来越多的建筑尺寸大大超过《混凝土结构设计规范》8.1.1条所规定的要求，同时规范8.1.3调规定“当伸缩缝增大较多时，尚应考虑温度变化和温度收缩对结构的影响”。
在实际工程设计中，往往通过设置后浇带来解决建筑物超长带来的混凝土收缩和温度变化的影响。
山东某幼儿园采用现浇混凝土框架结构，建筑设计要求不设置伸缩缝。
在结构设计中，在考虑温度应力的前提下，通过设置后浇带、双梁，以及采用SATWE和PMSAP软件进行温度应力分析等技术措施，取得了预期的效果。
1工程概况
项目位于山东省滕州市，地上三层，建筑主体高度11.1m，总宽29.1m，总长度75.6m。
超过《混凝土结构设计规范》8.1.1条所规定的要求。
为了考虑温度应力的作用，防止结构出现温度裂缝，对结构采用PKPM系列软件SATWE进行了温度应力分析得出温度应力的大小及分布规律。
2温度应力的计算
2.1温度作用效应组合
《建筑结构荷载规范》( GB 50009—2012) 中并未具体规定温度作用的分项系数。
参考SATWE软件，温度作用分项系数取 1.5，温度作用效应的组合值系数取0.8;最不利温差与风、雪荷载等组合值系数取0.6。
不考虑温度作用效应与地震作用的组合，在正常使用极限状态验算时，温度作用效应的组合值系数取0.8，频遇值系数取0.4，准永久值系数取 0。
考虑混凝土的徐变应力松弛，混凝土构件温度效应折减系数取0.3。
2.2计算分析结果
用 PMSAP软件进行温度应力计算，并用SATWE软件进行验算复核。
查阅相关
气象资料，根据计算时取最大升温差ΔT
st1= 23℃ ，最大降温温差ΔT
st2
= -
32℃。
软件温度应力作用下内力计算结果如图 1~4 所示。
图1 梁、柱升温应力作用下轴力云图
图2 梁、柱降温应力作用下轴力云图
图3 三层楼板降温应力作用下轴力云图
图4 二层楼板降温应力作用下轴力云图
由图可知: 1 ) 由于建筑仅地上三层，温差作用下，结构柱轴力出现明显的轴力重分布，有的构件轴压比增大，有的轴压比减小； 2 ) 结构下部楼层梁、板存在较大的轴拉力或轴压力； 3) 约束越大，温度应力越大，越接近结构中心，温度应力越大，越接近结构外围，温度应力越小。
3减少裂缝的措施
3.1双梁引导缝的设置
本工程纵向设置双梁引导缝。
在轴8处设置250mm 宽
的双梁，间距 50mm，并用柔性建筑材料填充。
即使后浇带封闭，整个楼板也被分割为2个相对独立的变形单元，单元长度分别为33.6和 42m 不等，单元之间仅由主梁相连。
施工图设计是提高此处连接的主梁及柱子的配筋率。
在温度作用效应下，两个单元由于自身体量较小，并受到主梁的约束，变形可显著减小，从而提高了结构的抗裂性能。
3.2 后浇带的设置
后浇带能有效释放早期混凝土收缩应力。
本工程设置1条后浇带。
后浇带宽0. 8m。
后浇带混凝土的施工应在主体结构混凝土浇筑60d后进行，强度比两侧混凝土高一级，采用补偿性收缩混凝土，内掺聚丙烯纤维，其限制膨胀率梁板部分不小于0. 02% ，后浇带不小于 0. 025% 。
后浇带范围内，梁筋贯通不断，板筋断开搭接，搭接长度为 45d( d 为钢筋直径) 。
3.3设计构造措施
设计中增大了高应力区楼板配筋率，Φ10@ 150 钢筋网双层双向布置，加强双梁及后浇带处的纵筋和腰筋，提高因楼板混凝土变形引起的梁侧向受弯能力。
3.4 施工措施
施工时要求进行原材料和水灰比的控制，重视混凝土的浇捣，浇筑时，混凝土尽量低温入模，低温养护，尽量降低混凝土的终凝温度。
加强施工阶段混凝土养护，减少混凝土裂缝。
3.5 其他措施
加强屋面保温隔热措施，采用高效保温材料，减少温度梯度效应。
参考文献
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