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詹东杰
(吉林市建筑设计院有限责任公司,吉林 吉林 132011)
因住宅建筑功能需求，建筑不设缝平面尺寸已接近或超过了现行混凝土结构设计规范[1]中伸缩缝最大间距。某些情况下，温度作用在结构中产生了大量裂缝，严重影响了建筑的正常使用，需要进行后期处理从而增加工期和成本。对于严寒地区越冬建造的建筑，温差变化明显，更应加强对降温产生裂缝的分析和控制。
2.1 工程案例介绍
本工程位于吉林省吉林市，建筑总建筑面积为10 754.39 m2，地下1层，地上18层，建筑高度52.5 m，结构平面长度为53.2 m，宽度为12.3 m，楼电梯洞口间距12.6 m。剪力墙厚200 mm，梁高400 mm～480 mm，标准层板厚100 mm～120 mm。结构平面见图1。剪力墙混凝土强度等级为：首层C40，2层，3层C35，4层至屋面C30。梁板混凝土强度C30。设计使用年限为50 a，结构安全等级为二级，最高月平均气温32 ℃，最低月平均气温-31 ℃。根据混凝土结构设计规范[1]伸缩缝最大间距为45 m，超出规范限值约为1.18倍，故对结构温度作用进行补充分析。
2.2 温度作用
考虑到施工工况影响，温度计算时，可按未封闭混凝土后浇带施工阶段、后浇带封闭至竣工交付阶段、投入使用三个阶段。本项目设置后浇带间距小于30 m，后浇带封闭前结构受温度作用和混凝土收缩影响很小；
在建筑投入使用后考虑到冬季地热采暖，夏季空调制冷因素，计算温差小于施工阶段。故将后浇带封闭至竣工交付阶段作为最不利工况，进行温度作用分析。
混凝土结构的环境温度降低将引起结构的收缩变形，当温度应力超过混凝土抗拉强度时可造成混凝土结构的开裂；
同时混凝土材料自身收缩变形也不可忽略，工程上一般将混凝土自身收缩变形等效为当量温差，与环境温差共同考虑。
依据建筑结构荷载规范[2]，温度作用主要考虑两种情况:1)当量温差；
2)环境温差。
环境温差计算时，结构合拢温度5 ℃～10 ℃，非越冬建造时室外最低气温0 ℃，最高气温20 ℃，故降温温差为0 ℃-10 ℃=-10 ℃，升温温差20 ℃-5 ℃=15 ℃；
越冬建造时室外最低气温-31 ℃，最高气温32 ℃，故降温温差为-31 ℃-10 ℃=-41 ℃，升温温差32 ℃-5 ℃=27 ℃。
温差统计表见表1。
表1 计算温差统计表 ℃
2.3 计算分析
采用Midas Gen分析模型进行如下简化：墙底假定为刚接；
墙体楼板选用考虑平面外刚度的板单元；
框架梁选用梁单元。材料参数按混凝土结构设计规范选取，仅考虑恒载、活载、施工工况及温度作用。经计算，最不利作用为降温，其楼板拉应力计算结果如表2所示，越冬降温结构变形见图2。
表2 各层楼板在降温下的拉应力值汇总表 MPa
计算结果表明：结构整体受降温作用整体变形趋势符合高层建筑温度作用变形规律[4]。非越冬工况下，温度变化计算值变化在5 ℃以内，虽楼板长度为53.2 m，但受到楼电梯间洞口有利影响，温度应力在1.1 MPa以下，楼板温度拉应力未超过C30混凝土设计抗拉强度；
越冬建造工况下，因温差变大剧增，温度应力明显增大，主要受影响楼层为首层顶板，应力集中区域主要体现在9轴至15轴交D轴处的两道横墙之间(见图3)，楼板拉应力范围主要在2.4 MPa～3.2 MPa之间，首层顶板温度拉应力超过C30混凝土设计抗拉强度，其他层楼板温度拉应力未超过C30混凝土设计抗拉强度[5]。由此可见，位于严寒地区的该建筑在越冬建造时温度作用显著。
2.4 楼板抗裂技术措施
楼板应力计算结果表明：对于非越冬建造工况，温度应力未超过混凝土材料强度设计值，在充分利用材料强度下可满足温度应力的抗拉强度要求，可通过设置后浇带、控制混凝土坍落度、水灰比，以及加强施工养护等常规防裂技术进行设计和施工。越冬建造工况温度应力计算值高于混凝土抗拉强度设计值，在采取常规防裂技术的基础上，参考温度应力计算结果并结合工程经验，采用专项技术措施。一般可采用补偿收缩混凝土、钢纤维混凝土或附加温度钢筋等措施，综合考虑成本和施工工艺，本工程采用在楼板中配置双层双向钢筋网片的方法进行补强，补强位置为首层顶板，补强钢筋为直径10 mm，间距为200 mm的通长HRB400钢筋网片。
2.5 成本分析
经计算：非越冬建造工况单层楼板钢筋含量3.96 t；
越冬建造工况楼板钢筋含量：首层顶板7.39 t，其他层3.96 t。与非越冬建造相比，越冬建造单项工程钢筋含量增加7.39 t-3.96 t=3.43 t，本项目共含8个相近体型的高层住宅，项目钢筋含量合计增加3.43×8=27.44 t。由2021年吉林市第七期建筑工程材料参考价格，该钢材除税价为5 210.93元/t，故项目的材料费增加27.44×5 210.93=14.30万元。按文献[6]将材料费换算为建筑成本，增加约28.60万元。
本文以超长高层建筑为基础，计算建造过程中温度作用影响，分析其造成成本增加情况，结论如下：
1)严寒地区大型超长住宅项目越冬建造会导致成本增加，可根据当期市场需求情况采用总承包合同避免冬期施工，合理分配进度分期施工；
若受工期限制，也可招标多个分包商，加快进度共同施工，可节约成本并保证质量。
2)区别于常规住宅项目，超长剪力墙结构体系的住宅项目在初步设计阶段应综合考虑温度作用影响，在满足相关设计标准的前提下，通过优化超长方向剪力墙截面尺寸和增加剪力墙间距，从而减小该方向刚度，可减小温度作用的影响，降低建筑成本。
3)拟建类似项目超长住宅不设缝、楼板不配置温度钢筋的条件：平面长度在规范限值1.18倍以内，折算计算温度不超过5 ℃，楼电梯间洞口间距不大于12.6 m。
4)拟建类似项目越冬建造时考虑温度影响，材料费增加可按首层顶板钢筋量的1.87倍估算。
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