住宅小区工程超长结构设计分析

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摘要：笔者结合某实际工程，较为详细的介绍了超长住宅建筑的结构设计，并采用软件分析了温度变化对于超长结构的内力影响。谨供相关设计人员参考之用。
【关键词】：超长结构　结构设计　温度应力
　　1、工程概况
　　某住宅小区工程项目，由住宅、商业建筑两部分组成。总建筑面积为203498平方米，这其中地上的建筑面积是144545m2地下建筑面积是58953m2，地下室为三层，局部地方有四层。工程为大底盘多塔结构，地面总共有15个塔楼。
　　工程结构体系为：(1)住宅：3#楼是框架一剪力墙结构，4、5、 、1、13#楼为则为框支剪力墙结构，其余均为剪力墙结构。(2)集中商业：四层框架结构。③沿街商铺：2～4层框架结构。主楼都有裙房及地下室，楼板都是现浇梁板体系。
　　建筑重要性分类：±0.000以下为乙类，±0.000以上为丙类，抗震设防烈度：1度，基本地震加速度：0.15g，设计地震分组：第一组，场地土类别：Ⅱ类，特征周期值：0.35s。
　　抗震等级：
　　剪力墙结构抗震等级：短肢剪力墙为二级，长肢剪力墙为三级；框支剪力墙结构抗震等级：底部加强区为一级剪力墙；一级框架；非底部加强区短肢剪力墙为二级，长肢剪力墙为三级；框架一剪力墙结构抗震等级：剪力墙为二级；框架为三级；集中商业框架抗震等级为二级；沿街商铺框架抗震等级为三级。
　　2、基础设计
　　本工程3～ #楼及13#楼单体拟采用1000～1200直径的人工挖孔灌注桩，桩端持力层为强风化花岗岩及中等风化花岗岩，单桩承载力特征值1500～1500kN。其余单体均采用浅基础，基础持力层为强风化花岗岩及中等风化花岗岩，地基承载力特征值分别为1200kPaSN5500kPa。
　　3、超长混凝土结构设计
　　为满足建筑功能要求，该小区地下室不设伸缩缝，地下室结构尺寸约为1 0m×230m，由于其结构长度已超出《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中规定不需要设置伸缩缝容许值，而且本工程场地存在较大高差，一侧地下室顶板位于室外标高以上1m左右，总长度约230m，故其属于超长混凝土结构。为减小温度作用和收缩变形对钢筋混凝土结构的不利影响及防止混凝土裂缝的产生，本设计采取了相对应的措施，以下就从构造措施和结构计算两方面进行分析。
　　3.1构造措施
　　(1)设置后浇带：采用纵向5道、横向2道后浇带，将结构分成18个部分，每个部分长度在40～50m。后浇带采用比相应结构部位高一级的微膨胀混凝土浇筑，在其相邻构件浇筑不少于2个月后进行封闭，并控制封带时的气温为5℃左右。
　　(2)配置构造纵向钢筋：楼板中配置双层双向通长钢筋，直径不小于φ10，间距不大于200mm。楼板通长钢筋需接长时，按受拉搭接，其搭接位置错开50％，搭接长度1.2La。通长框架梁及次梁中也配置通长钢筋，框架梁中上下各不少于4@25，次梁中上下各不少于2@20。同时加强楼板开大洞处梁腰筋构造。
　　(3)楼面梁及楼板中设置无粘结预应力钢筋：根据计算结果，通过在楼面梁和楼板中张拉预应力钢筋，在楼板中建立约2.4～2.8MPa的平均有效预压应力。预应力筋的设置有长短两种形式：在后浇带分割成的分块楼板区域内布设长预应力筋，在横跨后浇带处布设短预应力筋。楼板混凝土强度达到设计强度后，即可张拉长预应力筋，后浇带封闭并达到设计强度后，再张拉短预应力筋。
　　(4)采用纤维混凝土：混凝土内掺加聚丙烯纤维，纤维直径18μm，抗拉强度不小于3 0MPa，弹性模量≥3300MPa，极限延伸率≥25％，纤维长度19mm。混凝土中纤维掺量为0. kg/m3，后浇带处增加为1.0kg/m3。
　　(5)加强保温隔热措施。如屋面选择外膜、内多层透光阳光板构造，所有外窗及幕墙选择多层透光阳光板，建筑墙体选择聚苯板作为外墙保温材料等。
　　3.2结构计算
　　采用SATWE通用有限元计算程序，建立包括钢筋混凝土结构，整体模型，进行受力性能分析。框架梁柱及钢桁架杆件采用杆单元，楼板采用壳单元模拟。壳单元按控制最大边长不大于1.5m划分网格，杆单元与壳单元协调变形，共同工作。
　　该工程所处极端最高气温约43℃，最低约-10℃，设计时应考虑到钢筋混凝土主体结构受降温作用对其不利的因素，按温差±20℃计算混凝土结构温度应力，并控制后浇带封带时温度为5℃左右。由于混凝土收缩引起的结构变形和应力分布均与降温效果相类似，计算中将混凝土最终收缩应力等效为降温作用引起的应力加以考虑。
　　3.2.1温度作用下的框架内力
　　框架梁在温度荷载作用下将产生轴力，降温(-30℃)时为拉力，拉力在整个结构中部最大，向两边逐渐减小，作为屋盖支座的框架柱内侧梁轴力较大。纵向框架梁中拉力在上最大，其中两侧均无楼板的框架梁轴拉力超过1500kN。横向框架梁中拉力在楼板连通处轴力较大，可达约100kN。
　　3.2.2温度作用对基础设计的影响
　　温度作用能在柱底产生较大的剪力和弯矩，设计中适当地考虑温度应力对基础的影响是必要的。设计时考虑了温度应力的影响后，柱下桩数有所增加，特别是结构四角的框架柱，桩数主要取决于温度荷载产生的弯矩。
　　3.23楼板中的温度应力(降温30℃)
　　降温荷载产生的纵向拉力在上部最大，平均收缩应力约3.5MPa，在楼板开大洞处最大可达约4.5MPa，其余应力分布较均匀，平均约1.5MPa。横向拉力在连接楼板处最大，平均收缩应力约2.5MPa。
　　4、结语
　　该小区地下室部分属严重超长混凝土结构，结构设计中通过结构计算和设置后浇带、配置纵向构造钢筋和无粘结预应力钢筋等措施，减小了温度作用和收缩变形对钢筋混凝土结构的不利影响；结构计算采用SATWE有限元程序，以混凝土结构整体建模，计算结果表明，降温荷载在框架梁和楼板中产生较大拉应力，楼板开洞部位拉应力集中，温度作用在框架柱中产生剪力和弯矩，在框架柱和基础设计时必须考虑。            
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