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【摘 要】 杭州东站商业金融办公地块一商业建筑为超长结构，详细介绍结构温差收缩效应分析，以及相应的计算分析结果。
【关键词】 超长建筑；楼板温度应力分析；裂缝控制
1 工程概况
本项目用地位于杭州城东新城核心区，为东站枢纽东侧彭埠单元C2-07地块，用地距杭州东站枢纽仅500米，用地性质为商业金融办公用地。本项目由三栋12层的办公楼和一栋4层的商业楼组成，所有单体坐落在一个约164mX114m的大地下室上，见图1。本文主要介绍的4层商业楼平面尺寸108.2mX59.8m，未设伸缩缝，采用框架结构。该楼主要功能地下为设备用房及停车，上部为商业。
该建筑物设计基准期为50年，安全等级为二级，基本风压为W0=0.45kN/m2，抗震设防烈度6度，建筑抗震设防类别为重点设防类，场地类别为Ⅲ类，设计特征周期为0.45s，抗浮水位取室外地坪以下0.5m。
2 结构体系
本楼采用框架结构，主要柱网为9.0mX9.0m，地下三层，地上四层，屋面高度21.4m，一层层高5.9m，二、三层5.3m，四层4.95m。地下室和塔楼均属于超长结构，地下一、二层板厚130mm，混凝土等级C35，地面层板厚180mm，局部250mm，混凝土等级C35，地上部分板厚130mm，局部加厚，混凝土等级C30，结构布置合理，刚度均匀分配，楼板负温差下产生的约束拉应力，可以合理均匀分布到框架柱上，不会出现应力集中现象。
3 综合温差确定及各项参数取值
综合温差由结构计算温差和收缩当量温差两部分组成。
3.1结构计算温差是指建筑物使用过程中可能遇到的最高或最低多年月平均温度与建筑物合拢时断面中心温度的差值，即ΔT1=T中-T凝。根据杭州地区30年平均气温，7月份最高气温为33℃，最低气温为1月0℃（表1），则混凝土终凝温度的变化范围可以取0～33℃，不考虑空调使用时，非屋面变化范围为0～33℃，考虑空调作用时，非屋面变化范围为18～26℃。故当不使用空调时候，楼面最大负温差为33℃，最大正温差33℃；当使用空调时，非屋面最大负温差18-33=-15℃，最大正温差为26-0=26℃。
建筑屋面通常有保温、隔热措施，可以取环境温度为屋面的外表面温度，内表面温度可取空调工作温度，或环境温度。这样当不使用空调时屋面层最大正、负温差同非屋面层；当使用空调时，屋面最大负温差为（18+0）/2-33=-24℃，最大正温差为（26+33）/2-0=29.5℃，故屋面不使用空調最大温差计算范围（0～33℃）可包络使用空调工况的温差范围。
3.4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=Tt+Ts，正温差不计入收缩当量温差。对本工程，考虑商业业态的不确定，设计时取不利的不考虑空调影响的工况，同时控制1，2楼面后浇带终凝温度10～15℃，不控制3层以上终凝温度。这样，1，2层的季节温差，最大为33-10=23℃，最大负温差为0-15=-15℃；3层以上正温差33℃，最大负温差-33℃。
3.3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结果。
徐变应力松弛折减系数为φz=εcr/εEl，其中εcr为徐变变形，εEl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Kz=εEl/（εEl+εcr）=1/（1+φz）。φz根据下图C30凝期180天后对应徐变系数为1.69，C35凝期180天后对应徐变系数为1.51。下表为欧洲CEB-FIPMC90，C30，C35混凝土徐变曲线：
则C30混凝土凝期180天后的折减系数为1/（1+1.69）=0.38，C35混凝土凝期180天后的折减系数为1/（1+1.51）=0.4。
4 结构温度效应计算分析
4.1温差效应工况组合
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，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第9.1.3条取荷载组合、频遇和准永久组合系数。
4.2计算结果分析
工程采用SAP2000V15.1.1对结构进行整体建模温差效应分析。其中，楼板采用分层壳单元模拟，墙采用壳单元模拟。模型将分缝后，南边地下室整体输入，地上部分为4#商业楼。从分析结果看，正温差不起控制作用，故结果仅针对负温差工况进行分析。
图3～图6为温度效应作用下，结构的整体变形及楼板应力情况。根据分析，楼板应力最大位置出现在三层角部及自动扶梯楼板开洞位置，降温工况下楼板拉应力分别达到1.86MPa和1.7MPa。设计时采取楼板加厚及配筋加强，板筋双层双向拉通。图7为温度作用下框架弯矩，从图中可以看出，温度应力对框架底层影响较大，往上逐层衰减，并且呈现由边跨向中间逐渐减小的趋势，边柱所受弯矩和剪力最大。经过与不考虑温度工况计算比较，柱配筋量增加超过20%。
5 超长结构处理措施
针对本工程平面尺度较大的情况，结合建筑平面的功能划分，采取如下技术措施：
（1）对各结构单元进行温度计算，计算出结构在最大温差作用下产生的结构内力，加强相关部分构件的配筋。
（2）在各结构单元内，每隔30～40m设置后浇带以释放混凝土早期温度应力，后浇带采用微膨胀混凝土，在两个月后封闭，并控制合拢1，2层时的气温不得超过15℃。
（3）加强屋面系统的保温、隔热措施。
（4）加强楼板及长向框架梁两侧的构造配筋：楼板顶部钢筋拉通50%，并使拉通钢筋的最大间距不超过150mm；框架梁及多跨连续次梁每侧构造腰筋不小于腹板截面面积的0.2%m，并按受拉进行锚固（考虑框架梁内轴力由腰筋承担）。
（5）在材料的选用上，首选低水化热的矿渣水泥，7d水化热不大于250kJ/kg；采用低塌落度的干硬混凝土，控制塌落度在120±20mm；控制骨料含泥量，粗骨料不大于1%，细骨料不超过1%～1.5%；使用粉煤灰掺合料（掺量15%～30%，质量Ⅰ级）与外加剂，降低水灰比，不超过0.5；细骨料的级配为中粗砂，细度模数控制在2.7～2.9；控制混凝土的含砂率不超过38%。
（6）加强施工管理，控制混凝土内外温差、总降温差及混凝土入模温度；加强混凝土的养护保湿，要求淋水养护不少于10d，并加覆盖物进行保温保湿。
6 结论
（1）温度效应对于超长结构作用明显，且对凹口，开洞等位置应力集中显著。
（2）温差效应对竖向构件，尤其是端部的柱墙影响不能忽略，构件设计时应对包含温差效应的内力组合进行校核。
（3）通过计算分析，对薄弱部位采取针对措施，可有效解决温差效应对结构影响。同时也说明了对超长结构进行温度计算是很有必要，即保证结构安全，又可满足建筑要求。
参考文献：
[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.2010.
[2]徐培福，傅学怡，王翠坤等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[3]张坚，徐以纬，虞炜，等.某超长混凝土结构温差效应分析及构造措施[J].建筑结构，2
【关键词】 超长建筑；楼板温度应力分析；裂缝控制
1 工程概况
本项目用地位于杭州城东新城核心区，为东站枢纽东侧彭埠单元C2-07地块，用地距杭州东站枢纽仅500米，用地性质为商业金融办公用地。本项目由三栋12层的办公楼和一栋4层的商业楼组成，所有单体坐落在一个约164mX114m的大地下室上，见图1。本文主要介绍的4层商业楼平面尺寸108.2mX59.8m，未设伸缩缝，采用框架结构。该楼主要功能地下为设备用房及停车，上部为商业。
该建筑物设计基准期为50年，安全等级为二级，基本风压为W0=0.45kN/m2，抗震设防烈度6度，建筑抗震设防类别为重点设防类，场地类别为Ⅲ类，设计特征周期为0.45s，抗浮水位取室外地坪以下0.5m。
2 结构体系
本楼采用框架结构，主要柱网为9.0mX9.0m，地下三层，地上四层，屋面高度21.4m，一层层高5.9m，二、三层5.3m，四层4.95m。地下室和塔楼均属于超长结构，地下一、二层板厚130mm，混凝土等级C35，地面层板厚180mm，局部250mm，混凝土等级C35，地上部分板厚130mm，局部加厚，混凝土等级C30，结构布置合理，刚度均匀分配，楼板负温差下产生的约束拉应力，可以合理均匀分布到框架柱上，不会出现应力集中现象。
3 综合温差确定及各项参数取值
综合温差由结构计算温差和收缩当量温差两部分组成。
3.1结构计算温差是指建筑物使用过程中可能遇到的最高或最低多年月平均温度与建筑物合拢时断面中心温度的差值，即ΔT1=T中-T凝。根据杭州地区30年平均气温，7月份最高气温为33℃，最低气温为1月0℃（表1），则混凝土终凝温度的变化范围可以取0～33℃，不考虑空调使用时，非屋面变化范围为0～33℃，考虑空调作用时，非屋面变化范围为18～26℃。故当不使用空调时候，楼面最大负温差为33℃，最大正温差33℃；当使用空调时，非屋面最大负温差18-33=-15℃，最大正温差为26-0=26℃。
建筑屋面通常有保温、隔热措施，可以取环境温度为屋面的外表面温度，内表面温度可取空调工作温度，或环境温度。这样当不使用空调时屋面层最大正、负温差同非屋面层；当使用空调时，屋面最大负温差为（18+0）/2-33=-24℃，最大正温差为（26+33）/2-0=29.5℃，故屋面不使用空調最大温差计算范围（0～33℃）可包络使用空调工况的温差范围。
3.4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=Tt+Ts，正温差不计入收缩当量温差。对本工程，考虑商业业态的不确定，设计时取不利的不考虑空调影响的工况，同时控制1，2楼面后浇带终凝温度10～15℃，不控制3层以上终凝温度。这样，1，2层的季节温差，最大为33-10=23℃，最大负温差为0-15=-15℃；3层以上正温差33℃，最大负温差-33℃。
3.3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结果。
徐变应力松弛折减系数为φz=εcr/εEl，其中εcr为徐变变形，εEl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Kz=εEl/（εEl+εcr）=1/（1+φz）。φz根据下图C30凝期180天后对应徐变系数为1.69，C35凝期180天后对应徐变系数为1.51。下表为欧洲CEB-FIPMC90，C30，C35混凝土徐变曲线：
则C30混凝土凝期180天后的折减系数为1/（1+1.69）=0.38，C35混凝土凝期180天后的折减系数为1/（1+1.51）=0.4。
4 结构温度效应计算分析
4.1温差效应工况组合
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，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第9.1.3条取荷载组合、频遇和准永久组合系数。
4.2计算结果分析
工程采用SAP2000V15.1.1对结构进行整体建模温差效应分析。其中，楼板采用分层壳单元模拟，墙采用壳单元模拟。模型将分缝后，南边地下室整体输入，地上部分为4#商业楼。从分析结果看，正温差不起控制作用，故结果仅针对负温差工况进行分析。
图3～图6为温度效应作用下，结构的整体变形及楼板应力情况。根据分析，楼板应力最大位置出现在三层角部及自动扶梯楼板开洞位置，降温工况下楼板拉应力分别达到1.86MPa和1.7MPa。设计时采取楼板加厚及配筋加强，板筋双层双向拉通。图7为温度作用下框架弯矩，从图中可以看出，温度应力对框架底层影响较大，往上逐层衰减，并且呈现由边跨向中间逐渐减小的趋势，边柱所受弯矩和剪力最大。经过与不考虑温度工况计算比较，柱配筋量增加超过20%。
5 超长结构处理措施
针对本工程平面尺度较大的情况，结合建筑平面的功能划分，采取如下技术措施：
（1）对各结构单元进行温度计算，计算出结构在最大温差作用下产生的结构内力，加强相关部分构件的配筋。
（2）在各结构单元内，每隔30～40m设置后浇带以释放混凝土早期温度应力，后浇带采用微膨胀混凝土，在两个月后封闭，并控制合拢1，2层时的气温不得超过15℃。
（3）加强屋面系统的保温、隔热措施。
（4）加强楼板及长向框架梁两侧的构造配筋：楼板顶部钢筋拉通50%，并使拉通钢筋的最大间距不超过150mm；框架梁及多跨连续次梁每侧构造腰筋不小于腹板截面面积的0.2%m，并按受拉进行锚固（考虑框架梁内轴力由腰筋承担）。
（5）在材料的选用上，首选低水化热的矿渣水泥，7d水化热不大于250kJ/kg；采用低塌落度的干硬混凝土，控制塌落度在120±20mm；控制骨料含泥量，粗骨料不大于1%，细骨料不超过1%～1.5%；使用粉煤灰掺合料（掺量15%～30%，质量Ⅰ级）与外加剂，降低水灰比，不超过0.5；细骨料的级配为中粗砂，细度模数控制在2.7～2.9；控制混凝土的含砂率不超过38%。
（6）加强施工管理，控制混凝土内外温差、总降温差及混凝土入模温度；加强混凝土的养护保湿，要求淋水养护不少于10d，并加覆盖物进行保温保湿。
6 结论
（1）温度效应对于超长结构作用明显，且对凹口，开洞等位置应力集中显著。
（2）温差效应对竖向构件，尤其是端部的柱墙影响不能忽略，构件设计时应对包含温差效应的内力组合进行校核。
（3）通过计算分析，对薄弱部位采取针对措施，可有效解决温差效应对结构影响。同时也说明了对超长结构进行温度计算是很有必要，即保证结构安全，又可满足建筑要求。
参考文献：
[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.2010.
[2]徐培福，傅学怡，王翠坤等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[3]张坚，徐以纬，虞炜，等.某超长混凝土结构温差效应分析及构造措施[J].建筑结构，2