淺談建筑結(jié)構(gòu)設計的應用

1、淺談建筑結(jié)構(gòu)設計的應用 【摘 要】隨著建筑規(guī)模的不斷發(fā)展，大型建筑愈來愈多，形式越來越多樣化、結(jié)構(gòu)設計越做越復雜，建筑結(jié)構(gòu)設計也越來越成為工程師設計的難點之所在。本文結(jié)合某工程實際，闡述了設計技術(shù)具體措施，最后介紹了在設計中的注意事項。 【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設計；設計特點 1 某工程案例概況 某體育中心體育場建筑面積為32353m2，看臺35062 座，下部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為一組，框架結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。體育場看臺頂篷造型像一朵含苞待放的白玉蘭，如圖1 所示?？磁_頂棚采用沿徑向布置的相貫節(jié)點平面桁架結(jié)構(gòu)、沿環(huán)向布置的三角形空間管桁架以及水平支

2、撐系統(tǒng)共同組成的鋼結(jié)構(gòu)體系，體育場典型結(jié)構(gòu)剖面。 考慮結(jié)構(gòu)抗震要求、建筑功能要求和結(jié)構(gòu)屋蓋支撐整體性，體育場下部鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)設置兩條防震縫，將結(jié)構(gòu)分成三個結(jié)構(gòu)單元。圖2為標高101950m 的結(jié)構(gòu)平面布置圖，中部結(jié)構(gòu)單元外側(cè)長度大于260m，兩側(cè)較小單元外側(cè)長度大于140m，都大大超過了混凝土規(guī)范規(guī)定的55m 內(nèi)可以不設伸縮縫的要求。對于這種超長結(jié)構(gòu)，在混凝土收縮或溫度作用下，樓板及體育場看臺板很有可能開裂并形成有害的貫通裂縫，影響建筑的外觀和功能要求，并對建筑防水和結(jié)構(gòu)的耐久性不利，甚至可能影響建筑的正常使用。 2 結(jié)構(gòu)應力分析 在進行超長混凝土結(jié)構(gòu)設計時，對樓板施加預壓應力來抵抗混凝

3、土收縮和溫度下降所產(chǎn)生的拉應力，控制結(jié)構(gòu)在正常使用條件下樓板不出現(xiàn)有害的貫通裂縫，是一種方便可行的技術(shù)措施。設計時需要知道樓板中產(chǎn)生的拉應力的大小，才能確定施加預應力的大小和預應力鋼筋的多少。 2.1 混凝土收縮應力 影響混凝土收縮應力的因素有水泥品種、骨料級配、水灰比、養(yǎng)護條件等?；炷恋氖湛s量及速率隨時間變化，結(jié)硬初期發(fā)展較快，混凝土澆筑后1030d 內(nèi)可完成全部收縮量的15%25%，3 個月一般完成60%80%，以后增長緩慢，在1 年后可完成最終收縮量的95%左右?；炷恋氖湛s是相當分散的，其最終收縮es 約為（25）10-4，工程取410-4。 工程設置了多條后澆帶，各后澆帶之間相隔最

4、長約65m，框架結(jié)構(gòu)柱距79m，約束混凝土收縮變形的作用較小，后澆帶澆筑之前，豎向構(gòu)件對超長混凝土收縮的約束作用很大一部分屬于自由收縮，不產(chǎn)生拉應力，結(jié)構(gòu)可視為一種接近于自由變形的構(gòu)件。后澆帶在兩側(cè)混凝土澆筑完成3個月后澆筑，這時可以認為混凝土收縮已經(jīng)完成了60%的最終收縮量，即e1=60%es=2.410-4，而剩下的e2=40%es=1.610-4 才會在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生拉應力?；炷恋男熳兲匦杂欣诮Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，使混凝土應力產(chǎn)生松弛，從而減小混凝土收縮變形產(chǎn)生的拉應力。徐變最終應變值約為初始瞬時應變的14倍。這種變形相當于混凝土彈性變形模量的折減，從而引起混凝土內(nèi)應力下降。設混凝土的彈性應

5、變?yōu)閑e，取混凝土收縮徐變esh=2.5ee，由于徐變而引起的應力折減系數(shù)為：w=1/（1+2.5）=0.2857。 彈性模量ec=3.25104n/mm2（c40 混凝土），混凝土中由應變e2 產(chǎn)生的拉應力：rt1=we2ec=1.486n/mm2。 2.2 溫度下降引起的混凝土溫度應力 后澆帶澆筑之前，溫度下降會使混凝土向結(jié)構(gòu)中心區(qū)域收縮。后澆帶間結(jié)構(gòu)單元中心兩側(cè)混凝土框架最多為3 跨，豎向構(gòu)件對樓板約束較小，可以近似認為是自由變形。混凝土中溫度拉應力大小取決于溫差。 混凝土是熱的不良導體，在傳熱過程中具有滯后性，取后澆帶澆筑時的月平均氣溫作為施工要求，能滿足工程計算精度。則混凝土中產(chǎn)生的

6、拉應力但是6.5n/mm2，混凝土具有徐變的特性，應力要松馳。當作用時間為1，3，10d 時，應力松弛系數(shù)分別為0.611，0.570，0.462。氣溫變化是一個緩慢的過程，溫差要達到20e時，需要的時間一般遠大于10d ，取溫度應力松弛系數(shù)為0.5。則溫度下降引起的混凝土的拉應力：rt2=6.5 0.5=3.25n/mm2 考慮混凝土收縮產(chǎn)生的拉應力，混凝土中的拉應力為： rck=rt1+rt2=1.486+3.25 =4.736n/mm2 c40混凝土ftk=2.39n/mm2，由混凝土規(guī)范，當控制裂縫等級為二級時，rck-rpcftk，rpc 即為需在混凝土中施加的預壓應力： rpcrc

7、k-ftk=4.736-2.39=2.346n/mm2 3 模型分析 3.1 后澆帶澆筑之前的計算模型分析 各單元混凝土澆筑后3個月才進行無粘結(jié)預應力筋的張拉，各后澆帶之間的結(jié)構(gòu)單元為37 跨不等，因此豎向構(gòu)件對各單元的約束不一樣，導致在同樣預應力作用下，在混凝土板中建立的有效預壓應力不一樣。 計算模型有如下假設：1）樓板上下層柱子遠端假定為固定端； 2）樓板上、下層柱子遠端的支座為樓板或基礎(chǔ)，幾乎無水平方向的位移；3）支座無轉(zhuǎn)角（對基礎(chǔ)合適，對樓板相應增大了約束樓板剛度，對施加預應力的樓板偏于安全）；4）頂層樓板上層柱剛度為零。 3.2 后澆帶澆筑之后計算模型分析 當后澆帶之間各結(jié)構(gòu)單元張拉

8、完預應力筋后，就可澆筑各條后澆帶。待后澆帶混凝土達到張拉強度且氣溫達到設計溫度時，就可張拉后澆帶中預應力筋，這樣才能使整個樓板中存在有效的預壓應力。 4 樓板無粘結(jié)預應力設計 樓板采用c40 混凝土，fptk=1860n/mm2高強低松弛無粘結(jié)預應力鋼絞線預應力筋，公稱直徑15.2mm，ap=139mm2，張拉控制應力rcon=0.75fptk=0.751860=1395n/mm2。由于預應力鋼絞線長短不一，通過試算，預應力損失為0.2rcon，鋼絞線有效預應力rpe= 0.8rcon=0.81395=1116n/mm2 5 結(jié)束語 該體育場下部主體為超長混凝土框架結(jié)構(gòu)，在設計中采用在結(jié)構(gòu)中施加預應力來抵抗混凝土收縮和溫度下降所產(chǎn)生的拉應力，控制結(jié)構(gòu)在正常使用條件下樓板不出現(xiàn)有害的貫通裂縫，是一種方便可行的技術(shù)措施。 參考文獻 1