淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

1、淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)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(shè)計(jì)越做越復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越成為工程師設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之所在。本文結(jié)合某工程實(shí)際，闡述了設(shè)計(jì)技術(shù)具體措施，最后介紹了在設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。 【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1 某工程案例概況 某體育中心體育場(chǎng)建筑面積為32353m2，看臺(tái)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(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為一組，框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)。體育場(chǎng)看臺(tái)頂篷造型像一朵含苞待放的白玉蘭，如圖1 所示?？磁_(tái)頂棚采用沿徑向布置的相貫節(jié)點(diǎn)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(chǎng)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(chǎng)下部鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)設(shè)置兩條防震縫，將結(jié)構(gòu)分成三個(gè)結(jié)構(gòu)單元。圖2為標(biāo)高101950m 的結(jié)構(gòu)平面布置圖，中部結(jié)構(gòu)單元外側(cè)長(zhǎng)度大于260m，兩側(cè)較小單元外側(cè)長(zhǎng)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(shè)伸縮縫的要求。對(duì)于這種超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在混凝土收縮或溫度作用下，樓板及體育場(chǎng)看臺(tái)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(duì)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(yīng)力分析 在進(jìn)行超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)樓板施加預(yù)壓應(yīng)力來抵抗混凝

3、土收縮和溫度下降所產(chǎn)生的拉應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)需要知道樓板中產(chǎn)生的拉應(yīng)力的大小，才能確定施加預(yù)應(yīng)力的大小和預(yù)應(yīng)力鋼筋的多少。 2.1 混凝土收縮應(yīng)力 影響混凝土收縮應(yīng)力的因素有水泥品種、骨料級(jí)配、水灰比、養(yǎng)護(hù)條件等?；炷恋氖湛s量及速率隨時(shí)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(gè)月一般完成60%80%，以后增長(zhǎng)緩慢，在1 年后可完成最終收縮量的95%左右。混凝土的收縮是相當(dāng)分散的，其最終收縮es 約為（25）10-4，工程取410-4。 工程設(shè)置了多條后澆帶，各后澆帶之間相隔最

4、長(zhǎng)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(duì)超長(zhǎng)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(yīng)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(gè)月后澆筑，這時(shí)可以認(rèn)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(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生拉應(yīng)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(yīng)力產(chǎn)生松弛，從而減小混凝土收縮變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力。徐變最終應(yīng)變值約為初始瞬時(shí)應(yīng)變的14倍。這種變形相當(dāng)于混凝土彈性變形模量的折減，從而引起混凝土內(nèi)應(yīng)力下降。設(shè)混凝土的彈性應(yīng)

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(yīng)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(yīng)變e2 產(chǎn)生的拉應(yīng)力：rt1=we2ec=1.486n/mm2。 2.2 溫度下降引起的混凝土溫度應(yīng)力 后澆帶澆筑之前，溫度下降會(huì)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(duì)樓板約束較小，可以近似認(rèn)為是自由變形?；炷林袦囟壤瓚?yīng)力大小取決于溫差。 混凝土是熱的不良導(dǎo)體，在傳熱過程中具有滯后性，取后澆帶澆筑時(shí)的月平均氣溫作為施工要求，能滿足工程計(jì)算精度。則混凝土中產(chǎn)生的

6、拉應(yīng)力但是6.5n/mm2，混凝土具有徐變的特性，應(yīng)力要松馳。當(dāng)作用時(shí)間為1，3，10d 時(shí)，應(yīng)力松弛系數(shù)分別為0.611，0.570，0.462。氣溫變化是一個(gè)緩慢的過程，溫差要達(dá)到20e時(shí)，需要的時(shí)間一般遠(yuǎn)大于10d ，取溫度應(yīng)力松弛系數(shù)為0.5。則溫度下降引起的混凝土的拉應(yīng)力：rt2=6.5 0.5=3.25n/mm2 考慮混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，混凝土中的拉應(yīng)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(dāng)控制裂縫等級(jí)為二級(jí)時(shí)，rck-rpcftk，rpc 即為需在混凝土中施加的預(yù)壓應(yīng)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(jì)算模型分析 各單元混凝土澆筑后3個(gè)月才進(jìn)行無粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(duì)各單元的約束不一樣，導(dǎo)致在同樣預(yù)應(yīng)力作用下，在混凝土板中建立的有效預(yù)壓應(yīng)力不一樣。 計(jì)算模型有如下假設(shè)：1）樓板上下層柱子遠(yuǎn)端假定為固定端； 2）樓板上、下層柱子遠(yuǎn)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(duì)基礎(chǔ)合適，對(duì)樓板相應(yīng)增大了約束樓板剛度，對(duì)施加預(yù)應(yīng)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(jì)算模型分析 當(dāng)后澆帶之間各結(jié)構(gòu)單元張拉

8、完預(yù)應(yīng)力筋后，就可澆筑各條后澆帶。待后澆帶混凝土達(dá)到張拉強(qiáng)度且氣溫達(dá)到設(shè)計(jì)溫度時(shí)，就可張拉后澆帶中預(yù)應(yīng)力筋，這樣才能使整個(gè)樓板中存在有效的預(yù)壓應(yīng)力。 4 樓板無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì) 樓板采用c40 混凝土，fptk=1860n/mm2高強(qiáng)低松弛無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)應(yīng)力筋，公稱直徑15.2mm，ap=139mm2，張拉控制應(yīng)力rcon=0.75fptk=0.751860=1395n/mm2。由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線長(zhǎng)短不一，通過試算，預(yù)應(yīng)力損失為0.2rcon，鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力rpe= 0.8rcon=0.81395=1116n/mm2 5 結(jié)束語 該體育場(chǎng)下部主體為超長(zhǎng)混凝土框架結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中采用在結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力來抵抗混凝土收縮和溫度下降所產(chǎn)生的拉應(yīng)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(xiàn) 1