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专题分析 | 温度、收缩徐变分析

工程概况

万科总部中心工程位于深圳市大梅沙海滨,总用地面积 61730 m²,总建筑面积 137116 m²,建筑方案设计由Steven Holl Architect 设计师事务所完成。与通常的建筑物不同,本项目的设计概念为:漂浮的地平线——位于最大化景观园林之上的水平向超高层建筑。

本工程建筑方案为若干个巨型筒体(边长10m 左右)及实腹厚墙、落地柱支撑起上部4~5 层结构,在底部形成了连续的大空间。整个建筑物飘浮在离地面10~15m 的空中。

建筑物的一部分用于酒店及住宅,另一部分用于万科总部办公。地面用于绿化、商业及广场等。有一层地下室,用于停车及各种服务设施。地上结构下方有地下室处,竖向支撑构件均伸入地下室中直到基础;左右两侧部分地上结构下方没有地下室,竖向支撑构件下方为承台及桩基。

温度应力分析

本工程地上部分 A、B 区分别长约140m 和150m(最外侧落地构件间距),地下室平面尺寸约为220mX130m,均超过我国《混凝土结构设计规范(GB50012-2002)》和《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)》中规定的混凝土结构伸缩缝的最大间距。为了减小温度和收缩效应,在施工中拟采取以下措施:

1、在结构中预留后浇带。地下室后浇带的布置结合施工组织确定,间距约50m 左右,混凝土浇注完成后2 个月左右封闭后浇带。地上部分,在每个筒体及单片墙边缘预留后浇带,地上结构混凝土施工全部完成后封闭后浇带。

2、控制混凝土结构合拢温度。根据深圳市气候资料,控制在月平均气温合拢。

采取以上措施后,混凝土早期收缩引起的应力会得到控制。同时,对结构在整个施工及使用过程中的温度应力进行分析。分析过程中考虑以下几点:

1、采用带有地下室的整体模型进行分析,模型中考虑基础梁板的影响。

2、结合施工模拟,全面考虑温差取值。

3、计算模型上摒弃基础固定端或不动铰假定,考虑桩基的线性约束刚度。

分析中没有考虑徐变的影响,得到的结构偏于安全。下面为详细的分析过程结果。

温度荷载取值

深圳市详细气候特征如下表所示:

施工过程各阶段中,结构的温差如下表所示:

结构使用阶段整体温差如下表所示:

桩基刚度计算

计算模型中,地下室柱底仅约束竖向自由度,采用水平和转动弹簧模拟桩基的线性约束刚度。

桩基的刚度计算方法采用根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)附录B 进行。本工程中,偏于保守,认为桩基的水平和转动刚度均在线性范围内。

施工期间温度度效应

施工期间,结构降温阶段,地下室结构收缩,地下室结构基础梁以及顶板以受拉为主。地上结构首层为钢结构,收缩稍大,受拉力较大;上层受拉力较小,甚至受压。升温阶段,变化规律与降温相反。

取温度最低点即(第4 阶段结束时)和温度最高点(第5 阶段结束时)结果进行分析。地下室、筒体及上部结构中混凝土主拉应力如下图所示。

地上结构

第4 阶段结构主拉应力(Pa)

第四阶段中混凝土拉应力大于第五阶段。各阶段中,筒体中主拉应力均小于2MPa,地下室顶板以及上部结构楼板中拉应力基本都在2MPa 以内,仅局部位置超过2MPa,但均小于2.5MPa。

第五阶段中混凝土压应力大于第四阶段,但各部分压应力均不超过3Mpa,对结构影响较小。

结果不再详列。

使用期间温度度效应

使用期间,结构升、将温差均小于施工期间温差,应力结果均小于施工阶段分析结果。地下室、筒体及上部结构中混凝土主拉应力如下图所示。

使用阶段,在正负温差作用下,结构中应力均较小。筒体中主拉应力均小于2MPa,地下室顶板混凝土主拉应力在1Mpa 以内,上部结构楼板中主拉应力在1.5MPa 以内。

温度荷载组合及结构验算

施工期间,采用以下组合:

(1) 1.2D+1.0×1.4L ±T

(2) 1.0D+1.0L ±T

(3) 1.0D + 0.5L ± T

其中D 为施工阶段恒载,包括已完成的构件自重及装修重量,L 为施工活载。采用基本组合(1)、(2)验算构件截面承载力;采用组合(3)验算混凝土裂缝宽度。

使用期间,采用以下组合:

(3) 1.2D+1.0×1.4L ±T

(4) 1.0D+1.0L ±T

(5) 1.0D + 0.5L ± T

其中D 为恒载,包括构件自重及附加恒载,L 为使用期间活载。采用基本组合(3)、(4)验算构件截面承载力;采用准永久组合(5)验算混凝土裂缝宽度。

考虑桩基刚度以后,温度应力效应对结构影响不大。在基本组合作用下,截面承载力完全可以满足要求。准永久组合作用下,最不利的筒根角部约束边缘构件在最大拉应力作用下,忽略混凝土受拉作用,约束边缘构件内型钢及钢筋拉应力仅为76MPa(1.2%配筋率,4.02%型钢含钢率),混凝土裂缝宽度完全可以满足要求。

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