劉金波
(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院,遼寧 沈陽 110166)
云南墨江服務(wù)區(qū)跨線綜合樓位于云南省墨江市,總建筑面積約3 800 m2,地上3層,局部塔樓部分為4層,房屋總高度22.5 m。本工程平面形狀總體呈“L”型,東西向長82.8 m,南北向長73.5 m。建筑橫跨南北向敷設(shè)的高速公路,建筑功能包括餐飲、商場、辦公等功能用房及服務(wù)設(shè)施。
本工程平面形狀不規(guī)則,總體呈“L”型,兩個方向總長度分別為83.1 m和73.5 m,通過設(shè)縫將結(jié)構(gòu)分成兩個“一”字型獨立單體,結(jié)構(gòu)平面布置見圖1。
圖1 結(jié)構(gòu)平面圖
結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù):7度抗震,設(shè)計基本地震加速度0.10 g,設(shè)計地震分組為第三組。
本工程建筑布置復(fù)雜,通過設(shè)縫分為南北兩個單體(南樓和北樓),南樓結(jié)構(gòu)形式相對簡單(長48 m,寬21 m),北樓(跨線部分)結(jié)構(gòu)形式相對復(fù)雜(長82.8 m,寬25.5 m),南樓采用混凝土框架結(jié)構(gòu)體系,北樓跨線部分采用型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu),其它部分采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。
本工程北樓部分結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,存在結(jié)構(gòu)超長、大跨度、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)等情況,對該部分結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性控制成為設(shè)計重點[1-2]。
圖2為北樓平面布置,并按表1對北樓進行結(jié)構(gòu)規(guī)則性判別。
表1 北樓結(jié)構(gòu)規(guī)則性判別
圖2 北樓平面布置圖
經(jīng)上述計算分析可知本工程屬于一般不規(guī)則建筑。工程設(shè)計中采取了以下措施:(1)加大下部薄弱層的柱截面以減小相鄰層的剛度突變,同時加大薄弱層的板厚及配筋;(2)針對北樓中間跨線部分存在連續(xù)兩跨22.5 m大跨結(jié)構(gòu),對其補充豎向地震計算并對各構(gòu)件進行包絡(luò)設(shè)計;(3)對結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施進行加強以提高結(jié)構(gòu)安全性。
結(jié)構(gòu)溫度荷載主要包括季節(jié)溫差、晝夜溫差和混凝土收縮當量溫差三部分組成[3]。
本工程位于云南省玉溪市,其月平均最高氣溫為30 ℃,月平均最底氣溫為-1 ℃。本工程在2015年9月份主體合攏,因此地上結(jié)構(gòu)的合攏溫度近似取為19 ℃,進入冬季前沒有投入使用,整個結(jié)構(gòu)裸露在室外,因此結(jié)構(gòu)的降溫溫差為-20 ℃,升溫溫差為11 ℃。
由于本工程屬于公共建筑,使用階段考慮空調(diào)的作用建筑物內(nèi)部基本恒溫。故晝夜溫差主要對結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生影響,且混凝土具有熱惰性,短時間內(nèi)的溫度變化對結(jié)構(gòu)影響很小,因此晝夜溫差作用可忽略[4]。
在計算混凝土收縮量時,參考了王鐵夢的《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》[5]一書中的相關(guān)計算方法[1]。先確定某種標準狀態(tài)下混凝土的最大收縮,任何其他狀態(tài)下的最大收縮應(yīng)用各種不同系數(shù)加以修正。
ε(∞)=ε0(∞)·M1·M2·M3…Mn
對本工程,按分段施工考慮,完成后3個月澆筑溫度后澆帶。經(jīng)計算結(jié)構(gòu)整體收縮溫差與混凝土膨脹補償溫差相當。因此混凝土收縮效應(yīng)當量溫差取0 ℃。
考慮溫度荷載作用共進行了如下4種荷載工況組合計算,并對計算結(jié)果與考慮地震作用的工況對比進行包絡(luò)設(shè)計,見表2。
表2 考慮溫度荷載作用的工況組合
本工程采用MIDAS軟件進行溫度應(yīng)力分析,為真實計算溫度作用樓板單元按彈性樓板考慮,分析中框架柱基礎(chǔ)按完全約束考慮,忽略基底與地基土間相對位移的有利因素。
由以上計算可得出如下結(jié)論:(1)溫度作用下5軸和7軸型鋼混凝土柱的剪力和彎矩最大,除此以外框架柱的剪力和彎矩從里向外逐漸增加;(2)框架梁在溫度荷載組合工況下底部樓層軸力最大,向上逐層減小,同一樓層框架梁軸力最大值出現(xiàn)在沿結(jié)構(gòu)超長方向型鋼混凝土柱旁第一跨處;(3)樓板在降溫工況下與框架梁共同受拉,且受力趨勢與梁相同。
溫度工況下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特征是由該樓結(jié)構(gòu)特點所致:結(jié)構(gòu)底部兩層5軸、6軸和7軸處為型鋼混凝土柱(截面尺寸為1 m×1 m),其他部分為0.6 m×0.8 m的鋼筋混凝土柱,3層處通過型鋼混凝土梁與5軸、6軸和7軸的型鋼混凝土柱連接,并在型鋼混凝土梁上起柱,以實現(xiàn)跨線部分的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。其中6軸位于北樓中間,受溫度效應(yīng)影響較小,5軸和7軸處的型鋼混凝土柱是抑制中間22.5 m大跨結(jié)構(gòu)變形的“第一道防線”,且其剛度較大,對結(jié)構(gòu)溫度變化時的變形約束較強,因此5軸和7軸型鋼混凝土柱的剪力和彎矩最大??蚣芰汉桶宓臏囟葢?yīng)力特點比較好理解,溫差應(yīng)力本身是當變形受到約束時所產(chǎn)生的內(nèi)力效應(yīng)。從豎向各樓層來看,越靠近基礎(chǔ)的樓層變形受到的約束越嚴重,其溫度效應(yīng)越明顯,并且溫度效應(yīng)隨樓層上升衰減迅速。
通過溫度工況與地震工況的計算結(jié)構(gòu)進行比較得出以下結(jié)論:(1)5軸和7軸處型鋼混凝土柱在溫度工況下的剪力較地震作用下略大,彎矩較地震作用下型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼受剪已滿足要求;(2)底層部分框架梁溫度工況下軸力較地震作用下大,需增大腰筋和梁頂縱筋配筋量來抵抗溫度作用;(3)結(jié)構(gòu)底部兩層樓板不連續(xù),在3層處樓板變形受到約束較小,總體而言樓板除部分角部以外溫度應(yīng)力較小,相應(yīng)的措施為在3層樓板處沿超長方向通常配筋以抵抗溫度應(yīng)力。另外在施工方面還采取了以下措施:采用低水化熱水泥,控制結(jié)構(gòu)合攏溫度,加強混凝土的養(yǎng)護,基礎(chǔ)施工完成后及時回填以避免長期暴露。
本工程雖然建筑規(guī)模不大,但結(jié)構(gòu)形式較復(fù)雜,存在結(jié)構(gòu)超長、大跨度、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)等多種結(jié)構(gòu)不規(guī)則性。通過計算表明溫度效應(yīng)對框架柱,尤其是不規(guī)則建筑的特殊部位,豎向構(gòu)件產(chǎn)生的影響不能忽略。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)對包含溫差荷載的工況進行計算,仔細分析結(jié)構(gòu)不同部位的溫度效應(yīng),并針對不同部位采取不同措施以有效地解決溫差效應(yīng)給結(jié)構(gòu)帶來的安全隱患,從而提高項目的合理性和經(jīng)濟性。