混凝土结构设计论文
摘要：超长混凝土结构可采用无粘结预应力方法来抵抗混凝土收缩和温度下降产生的拉应力，控制正常使用状态下楼板的裂缝开展，具有良好的效果。
采用设置双梁引导缝的设计方法，仅在主梁中布置预应力筋，降低了施工难度，减小了施工周期，节省建筑造价，取得了良好的效益。
可作为类似结构设计的参考。
0 引言
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。
青海省西宁市阳光小区项目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，以及采用预应力混凝土等技术措施，取得了预期的效果。
1 工程概况
项目位于青海省西宁市阳光小区，地下1 层，地上6 层，建筑主体高度24. 6m，总建筑面积约5 万m2 ；由A，B，C 三个区组成，相互间分别设伸缩缝，形成3个独立单体建筑，本文主要对A 区超长结构的温度应力问题进行分析。
2 温度应力作用分析
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环境温度变化引起的收缩这两部分导致的。
在超长混凝土结构设计时，最有效的方法是通过在混凝土构件上施加预应力来抵消这两部分的拉应力，确保构件不出现有害的裂缝。
因此，需要通过对混凝土进行自
身收缩和温度应力的定量分析，才能合理确定预应力钢筋的数量和布置。
2. 1 混凝土自身的收缩当量温降
收缩是混凝土材料所固有的特性，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因素主要有水泥品种、骨料级配、水灰比、养护条件、使用环境等[1]。
一般混凝土浇筑后10 ～ 30d 内完成的收缩占总收缩量的15% ～ 25% ，90d 一般完成60% ～80%，1 年后完成95% 左右。
A 区设置了3 条后浇带，将结构分为4 个区块，后浇带在60d 后浇注，则可认为混凝土已完成一部分收缩，剩余的收缩才会在结构中产生拉应力，引起开裂。
工程设计中，混凝土的收缩变形采用收缩当量温降ΔT'来分析[2]。
ΔT' = [εcs （∞，ts） - εcs（ t，ts）]/αc（ 1）式中：εcs（∞，t s）为混凝土最终收缩应变；εcs（ t，t s）为混凝土在t 时期内应变； t 为混凝土龄期； ts为收缩开始时混凝土龄期，假定为3d；αc为混凝土线膨胀系数，取1. 0 × 10 - 5 /℃。
因后浇带在两侧混凝土浇筑完成60d 后浇筑，参照文[3]附录F 的计算公式，结合文[4]的计算结果，取εcs（ 60，3 ）≈ 97. 48 × 10 - 6 ，εcs（∞ ，3 ）=340. 38 × 10 - 6 ，得ΔT' = （ 340.
38 - 97. 48 ）× 10 - 6 /1. 0 × 10 - 5≈24℃。
2. 2 使用期间温差分析
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差作用[5]。
构件使用
期间的温差ΔT可按下式计算：ΔT = Tavemax - T0或ΔT = T0 - Tavrmin（ 2）式中： Tavemax为最高月平均气温； Tavrmin为最低月平均气温；T0为混凝土浇筑时日均温度。
室外空气温度夏季取30 年一遇最高日平均温度，冬季取30 年一遇最低日平均温度。
按中国气象局公共气象服务中心提供的数据资料，取Tavemax = 28. 7℃，Tavrmin = 4℃。
在混凝土浇筑时，要求后浇带闭合期间日均气温为T0 = 10℃。
在升温时期，混凝土自身膨胀，对构件内力产生影响，但不会产生收缩裂缝，因此在裂缝控制分析时仅考虑在降温条件下的温差。
则ΔT = T0 - Tavrmin = 10 -4 = 6℃。
2. 3 考虑混凝土徐变的等效温差计算
混凝土的徐变对温度收缩应力起到应力松弛效应，在很大程度上降低弹性温度应力，所以采用弹性方法分析超长结构时可综合考虑混凝土收缩和季节温差作用，采用综合等效温差来计算，等效温差按下式计算：ΔTst0 = ΔT + ΔT' （ 3）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应力松弛系数。
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，必须考虑徐变引起的应力松弛会大幅度降低弹性应力[1]。
则：ΔTst = R（ t，t0）ΔTst0（ 4）式中R（ t，t 0）为混凝土徐变应力松弛系数。
按文[6]考虑配筋率影响的公式计算：R（ t，t0）= 1. 1 /[1 + χ（ t，t 0）（ t，t0） ]其中： t0为加载时混凝土龄期，取7d；χ（ t，t0）为混凝土老化系数；（ t，t0）为徐变系数，参考文[3]附录F的徐变系数计算公式进行计算。
得R （∞ ，7 ）≈0. 35，则最
终等效温差：ΔTst = R（ t，t0）（ΔT + ΔT'）= 0. 35 × （ 6 + 24）≈10℃（ 5）
2. 4 温度作用效应组合
《建筑结构荷载规范》（ GB 50009—2001）（ 2006年版）中并未具体规定温度作用的分项系数。
参考文[7]的研究，温度作用分项系数取1. 2，温度作用效应的组合值系数取0. 8；最不利温差与地震、风、雪荷载等组合值系数取0. 6。
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。
3 计算分析结果
用MIDAS /Gen 软件进行温度应力计算，并用PKPM（ 08 版）软件进行验算复核。
4 无粘结预应力筋设计
本工程设计中采用布置无粘结预应力钢筋的方法抵抗温度应力作用。
由于建筑物平面长宽比达7. 06，在长方向的温度作用和混凝土收缩远远大于短方向的相应作用，设计时将预应力筋布置在纵向的轴主梁中，并结合一定的构造措施减小不利因素影响。
预应力筋采用fptk = 1 860N /mm2 高强低松弛钢绞线，公称直径为15. 2mm，Ap = 139mm2 ，张拉控制应力σcon = 0. 75fptk = 1 395N /mm2。
取有效预应力系数为0. 58，则有效预应力σpe = 0. 58fptk =1 078. 8N /mm2。
对于400mm × 700mm 和250mm ×500mm 的梁，MIDAS 计算得温度拉力分别为834. 1kN和327. 4kN。
设计时，考虑结合构造
措施，将次梁的预应力筋取消，由主梁承担所有温度拉力，则所需的预应力钢绞线数量为n = （ 834. 1 + 327. 4 ）× 103 /（ 1 078.
8 × 139） = 7. 75 根。
考虑到施工条件的影响，取10 束钢绞线，梁截面上下各5 束对称布置。
5 结论
（ 1）超长混凝土结构可采用无粘结预应力方法来抵抗混凝土收缩和温度下降产生的拉应力，控制正常使用状态下楼板的裂缝开展，具有良好的效果。
（ 2）介绍如何将混凝土自身收缩转化为当量温降，以及考虑徐变应力松弛的等效温差计算，概念清晰、计算简便，可以作为此类问题的一种设计思路和方法。
（ 3）采用设置双梁引导缝的设计方法，仅在主梁中布置预应力筋，降低了施工难度，减小了施工周期，节省建筑造价，取得了良好的效益。
可作为类似结构设计的参考。
（ 4）可通过控制混凝土浇捣时环境温度来降低温差效应的影响，有效减少混凝土的开裂。
（ 5）通过合理的结构布置和设计，可适当突破规范中有关混凝土框架结构的伸缩缝间距的规定，满足建筑设计的要求。