隨著社會經濟的增長，近年來出現了許多大型的商業購物中心。而由于建筑使用功能的需要，越來越多的建筑物采用超長結構。即結構不設縫長度超過國家現行規范規定設縫的最大間距。《混凝土規范》5.3.6條指出：“當結構所處壞境的溫度和濕度發生變化，以及混凝土的收縮和徐變等因素在結構中產生的作用效應可能危及結構的安全或正常使用時，應進行專門的結構分析。”《混凝土規范》在第9.1.1條中規定了鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距，并在9.1.3條中指出：“當增大伸縮縫間距時，尚應考慮溫度變化和混凝土收縮對結構的影響。”這是因為溫度變化和混凝土收縮這類間接作用引起的變形和位移對于超靜定混凝土結構可能引起很大的約束力，導致結構構件開裂，甚至使結構的受力形態發生變化。

工程實例為某大型購物廣場工程。

1 工程概況

該購物廣場工程位于廣東省某市城區內，為一層地下室平臺上的三塔建筑。南邊為兩棟地下一層地上20層的商住公寓，北邊為一棟地下一層地上4層的購物廣場。此次研究的對象為北邊4層的購物廣場。

該購物廣場地上部分總建筑面積為41883.44m²，平面形狀為162m×64.8m的矩形形狀，見圖1。柱網尺寸為8.1m×8.1m，屋面標高為22.650m。本建筑采用框架結構體系，并通過在電梯井處設置剪力墻形成少墻框架結構。典型框架梁截面為300x800和300x600，次梁截面為250x600，樓板厚度為120mm。結構嵌固端為地下室頂板，本地區抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，基本風壓為0.35kN/m²。由于本建筑為人流密集的大型的多層商場，所以根據建筑工程抗震設防分類標準GB50223-2008，本建筑抗震設防類別應劃為重點設防類（乙類），應按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施。綜上，本工程框架和抗震墻的抗震等級均為三級。

由于建筑使用功能的需要，對該結構做不設溫度縫的設計。

2 溫度應力分析

2.1 溫度場的建立

溫度場與建筑結構所處的溫度壞境有關，不僅受壞境最高溫度、最低溫度的影響，而且還與溫度場建立的溫度有關。根據《建筑結構荷載規范》均勻溫度作用的標準值應按下列規

                                                                                圖1二層結構平面布置圖

定確定：

對結構最大溫升的工況，均勻溫度作用標準值按下式計算：

△T_K=T_s,max- T_0,min

式中：△T_K——均勻溫度作用標準值(℃)；

T_s,max——結構最高平均溫度(℃)；

T_0,min——結構最低初始平均溫度(℃)。

對結構最大溫降的工況，均勻溫度作用標準值按下式計算：

△T_K=T_s,min- T_0,max

式中：T_s,min——結構最高平均溫度(℃)；

T_0,max——結構最低初始平均溫度(℃)。

結構最高平均溫度T_s,max和最低平均溫度T_s,min宜分別根據基本氣溫T_max和T_min按熱工學的原理確定。對于有圍護的室內結構，結構平均溫度應考慮室內外溫差的影響；對于暴露于室外的結構或施工期間的結構，宜依據結構的朝向和表面吸熱性質考慮太陽輻射的影響。

結構的最高初始平均溫度T_0,max和最低初始平均溫度T_0,min應根據結構的合攏或形成約束的時間確定，或根據施工時結構可能出現的溫度按不利情況確定。混凝土的合攏溫度一般可取后澆帶封閉時的月平均氣溫，鋼結構的合攏溫度一般可取合攏時的日平均溫度。

綜上所述，結合本工程實際情況和計算簡化的原則，結構最高平均溫度T_s,max和最低平均溫度T_s,min，分別取當地年平均最高氣溫和年平均最低氣溫。通過查閱當地氣象資料，分別為35℃和5℃。本工程的施工時間為3、4月份，后澆帶的封閉時間為5～7月份（考慮后澆帶混凝土的養護時間不少于27d）。所以結構的最高初始平均溫度T_0,max和最低初始平均溫度T_0,min分別取當地5-7月份的最高溫度和最低溫度，分別為25℃和20℃。溫差計算如下：

升溫：△T_K=T_s,max- T_0,min=35-20=15℃；

降溫：△T_K=T_s,min- T_0,max=5-25=-20℃。

《混凝土規范》9.1.3條中指出：“當增大伸縮縫間距時，尚應考慮溫度變化和混凝土收縮對結構的影響。”混凝土收縮可通過等效當量溫度來考慮，但結構間隔30-50m設置后澆帶時，可考慮后澆帶封閉之前混凝土收縮完成60%；同時混凝土水化熱產生的溫差在后澆帶封閉之前已經得到平衡，計算時可不考慮該等效當量溫度。

2.2 溫度應力計算

溫度應力計算采用PMSAP通用有限元分析軟件，全樓樓板定義為殼單元，升溫和降溫的溫差定義為溫荷1和溫荷2輸入。程序按線彈性理論計算結構的溫度效應，對于鋼筋混凝土結構，考慮到溫差的時間特征，會出現徐變而引起應力松弛等非線性因素，實際的溫度應力將小于按照彈性計算的結果，所以取徐變應力松弛系數為0.3。依據《建筑結構荷載規范》的規定，其組合值系數為0.6，頻遇值系數為0.5，準永久值系數為0.4。計算結果見表1，二層樓板溫降工況下x向應力等值線見圖2。

                                                                         圖2二層樓板溫降工況下x向應力等值線圖 

表1溫差引起的各層樓板最大平均拉應力

樓層數	樓面 標高	最大平均拉應力(MPa)
x向（沿長向）	y向（沿短向）
二層	5.850	1.1～1.5	0.3
三層	11.350	0.3～0.6	—
四層	16.850	0.3	—
屋面層	22.650	—	—

2.3 計算結果分析

通過計算結果可知，二層樓板的平均溫度應力為1.1～1.5 MPa，小于混凝土(C30)的抗拉強度標準值(2.01 MPa)，僅在扶梯洞口邊緣和電梯井筒附近出現了較大的應力，平均為2.2 MPa。其原因主要為樓板開大洞導致的應力集中以及電梯井筒處剪力墻對樓板的約束較強，導致井筒附近出現了較大的樓板應力。對此部分樓板應加大樓板鋼筋配筋面積；而在各層樓板平均溫度應力中二層樓板應力最大且逐層遞減，其原因為結構的底部樓層受到約束最強，所以產生的溫度應力最大。

3 設計技術措施

經過上述計算分析，對本工程結構的溫度應力問題主要采取以下措施予以解決：

（1）留設后澆帶，后澆帶間距30～40m，帶寬800～1000mm，后澆帶內鋼筋采用搭接接頭，后澆帶混凝土在60天后澆筑。后澆帶封閉時間應選擇低溫時節，后澆帶澆筑完畢后亦須加強養護。

（2）樓板設計，對所有超長的樓層樓板配筋均采用雙向通長的配筋方式。對結構的二層和屋面層適當加大樓板配筋率。結合重力荷載作用下的配筋面積，二層和屋面層樓板x向配筋為8@150通長，其余樓層為8@200通長。對二層樓板溫度應力大于2.0MPa的區域采用10@100雙層雙向配筋。樓板底部鋼筋在支座處應拉通設置，否則應按受拉錨固設計。

（3）樓層梁設計，樓層梁應按拉彎或壓彎構件計算，并與原配筋計算結果（不考慮溫度荷載）包絡設計。框架梁上部兩根負筋通長，二層和屋面層的次梁上部兩根支座筋通長，其余樓層采用不少于2根14的架立筋與支座筋搭接，搭接長度滿足受拉搭接要求。梁兩側腰筋總配筋率不少于0.2%，腰筋在支座處滿足受拉錨固設計，即按抗扭腰筋設置。對二層梁軸力較大的洞口邊緣和電梯井筒附近的梁適當加大通長筋和腰筋面積。

（4）框架柱和剪力墻設計，框架柱和剪力墻配筋與原配筋結果取包絡。對平面兩端和受陽光直射的剪力墻適當加大配筋率至0.3%。

（5）采用收縮小的水泥、減少水泥用量、在混凝土中加入適宜外加劑。混凝土應低溫入模。施工時應做好新澆混凝土的養護工作。施工單位應在混凝土澆筑施工組織設計編制中協調攪拌站、監理、設計及甲方管理部門對混凝土澆筑、振搗、養護及塌落度控制做出技術方案，并嚴格執行，特別是塌落度的控制更應嚴格且得到攪拌站的同意。

（6）保溫隔熱施工應結合主體施工進度盡快進行，屋頂花園覆土施工應在主體完工后盡快進行。

4 結束語

溫度應力問題是結構設計中的難點問題。對平面超長的結構不能簡單地加大伸縮縫間距，應經過精心的計算、分析和設計，并結合已有的工程經驗和施工水平，對結構的溫度應力有的放矢地采取各項綜合的結構構造措施。

參考文獻：

［1］王鐵夢. 工程結構裂縫控制［M］. 北京：中國建筑工業出版社，1997.

［2］JGJ3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］.

［3］GB 5009-2012，建筑結構荷載規范［S］.

［4］朱炳寅. 高層建筑混凝土結構技術規程應用與分析JGJ3-2010［M］. 北京：中國建筑工業出版社，2012.

［5］中國建筑科學研究院 建筑工程軟件研究所. PKPM多高層結構計算分析軟件應用指南［M］. 北京：中國建筑工業出版社，2010. 

文章來源：土木吧 作者：張權昌