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重庆某办公楼温度应力及施工模拟分析

苏卫东，舒云峰，林锋，饶力，李云珠

（重庆市设计院，重庆400015）

[摘要]重庆西水综保区监管大楼办公主楼为大跨度连体结构，连体跨度58.6m，连接体底部与顶部均采用钢结构 桁架与两侧的简体形成巨型框架.根据办公主楼的结构特点并结合施工单位转换析架整体提升的施工方案，采用SAP200进行了办公主楼的温度应力分析与施工模拟分析，得到连接体桁架的温度应力，并得到各施工步的内力与变形，按温度应力及施工模拟分析的结果进行设计.分析表明桁架杆件会承担较大的温度应力，按阶段施工并考虑湿凝土徐变效应后，结构各构件会发生内力重分布，内力重分布对桁架弦杆的影响大于桁架腹杆.

[关键调]连体结构：桁架：温度应力：施工模拟分析

[中图分类号]TU17 [文献标识码]A

[文章编号〕1002-8498（2017）06-0118-03

Temperature Stress and Construction Simulation Analysis ofa Main OfficeBuildingin Chongqing

Su Weidong Shu Yunfeng Lin Feng Rao Li Li Yunzhu(Chonging Archisecsral Design Instiste Chonging 400015 China)

Abstract:The main office building of Chongqing Xiyong Integrated Free Trade Zone Regulatory buildingis a large-span connective structure with the span of 58. 6m. The mega-frame is made up of steel trussesabove steel trusses below and concrete shear wall tube structures on both sides. According to stracturalSAP2000 was used to analyze the temperature stress and simulate the construction procedure and the feature of the main office building and the construction scheme of integral lifting for transfer truss temperature stress of trusses internal force and deformation of each construction step were calculated.The results show that the trusses can bear larger temperature stress. Each structural member will happenintermal force redistribution in the case of considering concrete creep effection and each construction step.The influence of intermal force redistribution on chord member is greater than the influence on web member.

Key words;connective structure; trusses;temperature stress; simulation

土筒体和中间钢结构连接体组成，连接体下部采用重庆西永综保区监管大楼位于重庆市沙坪坝钢结构转换桁架、上部采用钢结构压顶桁架，和两连接体位于建筑12~20层，连体跨度为58.6m，连接体上下各有3福钢结构转换桁架和3福压顶桁架；两侧筒体为带型钢混凝土端柱的剪力墙筒体，钢梁和钢-混凝土组合楼板，核心筒内采用钢筋混凝

1工程概况

区西部新城，总建筑面积为40983m²，是具有办公、侧钢筋混凝土筒体相连，形成巨型钢-混凝土混合框会议中心及报关和综合办证大厅等功能的地标式架，属于复杂高层建筑结构.简体之间的钢结构高层公共建筑.

监管大楼工程以地下1层作为结构的嵌固层，防的基本要求划分为3个结构单元：办公主楼结构与钢结构连接体采用刚性连接.连接体楼面采用 嵌固层以上根据建筑使用功能、楼层高度和抗震设单元、办公裙房结构单元、报关大厅结构单元.

本文分析的办公主楼高度为100.8m，地上19土梁板.建成后的办公主楼如图1所示.

层，地下1层（见图1）.办公主楼由两侧钢筋混凝2温度应力分析设计条件

根据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》[3]第9.2.1条，重庆50年重现期的月平均最高气温

表1转换桁架主要构件内力Table 1 Main ponents internal forceof transfer truss

构件 荷载 工况 轴力 P/AN V/AN 剪力 M /(kNm) 弯矩荷载D 9 179.385 85.98 248.3359竖向地震R 活荷载 2 605.169 339.676 50. 124 2.501 34.367 1 10.457 4弦杆 水平地R， 水平地震R 107.619 11.766 0.516 0.308 1.306 9 1.927 0降温T. 升温T. 1 286.907 1 286. 907 0.026 5.079 8 5.079 8风W. 171.523 0. 003 03 0.026 069°0恒荷载D 风w 8 949. 755 5.393 79. 923 0.053 473.691 7 0.2162竖向地震R 活荷载L 2 618.016 266 747 -18.132 -131.005 4 13.775 0水平地震R 77.536 1.845 0.579 3.366 1腹杆 水平地震R， 降温T. 161.958 477.356 2.667 1.892 21.904 4 6.148 4升温T. 风w. -180.298 477.356 0.885 -2.667 21.904 4风W 78.046 0.376 0269- 3.792 6

Fig.1 The main office building 图1办公主楼建成实景

1°℃.初步分析时，结合现场施工条件，假定桁架的 T=37℃，50年重现期的月平均最低气温T=合龙温度为17-21℃，根据规范9.3.1条，对于结构最大温升的工况，均匀温度作用标准值按下式计算，T =7-T=37℃-17℃=20°C，△7.= T-To.m=1℃C-21℃=-20°℃C.由上式可知，主体结构温度作用升温按20℃，降温按20℃考虑.

3温度应力分析

办公主楼的结构平面为梯形平面，平面的横向长边和短边尺寸分别为108.8m和73.6m，平面的 纵向长度为17.6m，房屋高度为100.8m；转换桁架弦杆截面为口800×800×34×34，腹杆根据受力大小的不同，采用箱形600×700×34×34，600×600×34 ×34 H600 × 500 ×34 ×34 H450 × 450 × 20 ×30 桁架构件均采用Q345BGJ钢材.结构在升温 AT.工况下变形如图2所示.

桁架的横向变形，故在桁架弦杆产生了较大的温度应力.为考虑温度的影响，施工图设计时温度工况进人设计组合，进行截面设计.

4阶段施工模拟分析

根据JGJ3-2002《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.1.9条规定，高层建筑结构在进行重力荷载作用效应分析时，柱、墙、斜撑等构件的轴向变形宜采用适当的计算模型考虑施工过程的影响；复 杂高层建筑及房屋高度大于150m的其他高层建筑结构，应考虑施工过程的影响.本工程为复杂高层结构，转换桁架跨度大、安装高度大，无法在现场采用塔式起重机直接吊装到位，对此，采用整体提升技术，将转换桁架整体在地面拼装成整体，然后采 用液压千斤顶整体提升安装到位：故根据规范要求，考虑了施工过程及时间的效应，分析施工过程及混凝土徐变对结构的影响.

图2结构升温时变形Fig.2 Structure deformation with the temperature increasing

温度应力分析表明，混凝土部分横向最大温度应变为12.64mm，最大竖向温度应变为21.03mm，位于顶层角部：钢结构部分横向最大温度应变为8.09mm，最大竖向温度应变为23.61mm.表1给出了转换桁架跨中下弦杆及端部腹杆在各工况下的内力.

现行的GB50010-2010《混凝土结构设计规在SAP2000中，这方面的计算方法主要基于欧洲 范》未给出混凝土关于收缩徐变的分析方法，所以CEB-FIP-90模式规范给出的相应规定：关于混凝土收缩、徐变的计算参数参考了JTG062-2004（公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》附录 F中关于混凝土收缩应变和徐变系数的规定.

从表1中可以看出，温度作用下，桁架弦杆承受了较大的温度应力，温度应力引起的轴力仅次于恒荷载及活荷载，约为恒荷载作用下轴力的14%、活荷载作用下轴力的49%；对于桁架腹杆，腹杆温度 应力约为恒荷载作用下轴力的5%、活荷载作用下轴力的18%，虽然桁架腹杆的温度应力小于桁架弦杆，但仍不可忽略.

分析时，根据实际情况和工程经验做出如下假定：将塔楼分为32个施工阶段，程序中先施工两侧21层筒体，取1层为1个分析步骤，施工速度取7d1层，故筒体共21个分析步骤，合计147d：第22步为转换

从上述计算可以看出，由于结构需要，桁架与两侧混凝土筒体采用刚接，筒体刚度较大，约束了

工14层钢结构~屋面层钢柱，预计施工21d；第30步 桁架整体提升及合龙，预计施工7d，第23~29步为施为施工压顶桁架，预计施工3d，第31步为装修，预计施工180d，第32步为工程投人使用，之后继续分析考虑结构的徐变.前30步，只有结构自重及部分施工体的阶段施工情况如表2所示. 荷载，第31步为附加恒荷载，第32步为活荷载.具

表2阶段施工分析统计Table 2Analysis statistie at construction step

地工步 施工时间/d 累计时间/d 1层简体 备注1 2 7 7 14 7 2层简体21 147 21层简体22 7 154 转换桁架23 1.5 155.5 14层钢结构29 1.5 175 屋面钢结构31 30 180 3 358 178 压顶桁架 装修32 180 538 投人使用

图3转换析架构件各阶段轴力

Fig. 3 Force of transfer truss at each construction step

本工程的地质条件较好，分析时未考虑地基不均匀沉降对竖向变形差的影响.图3给出了转换架跨中下弦杆和端部腹杆在各施工阶段轴力的 变化.

在定义施工工况时，假设第178天（第30步压顶桁架施工完毕）荷载为结构自重，之后第358天载，从图3可以看出，桁架内力在第358天有一个较 及第538天为施加在结构上的装修荷载及使用活荷大的突变；具体的内力变化，弦杆1考虑阶段施工的最终内力略大于一次性加载结果，考虑混凝土徐变后，弦杆1轴力随时间推移有所增加；腹杆1考虑阶段施工的轴力略大于一次性加载结果，同时，混凝 土徐变对腹杆内力的影响较小，考虑徐变与不考虑徐变内力相差不大.图4给出了转换桁架跨中挠度、转换桁架端部筒体随时间变化的竖向位移.转换桁架在各加载步骤下的跨中挠度如表3所示.

图4转换析架竖向位移Fig.4Vertical displacement of transfer truss

的挠度增大14%，小于筒体的增大幅度.一次性加载的竖向位移介于考虑徐变和不考虑徐变之间.

后，转换桁架最终挠度为66.9mm，为转换桁架跨度 根据分析结果，考虑阶段施工及混凝土徐变的1/876，满足规范对受弯构件的挠度容许值设计要求：施工图设计阶段，增加包含施工模拟分析工况的组合，进行承载力设计.

表3转换桁架组合浇度

Table 3Composite deflection of transfer truss mm

加载步 21 一次性加载跨中捷度 04.4 6.9 10.4 51.6 66.9

5结语

从图4中可以看出，各部位考虑混凝土徐变后竖向位移均大于不考虑混凝土徐变的竖向位移；考虑混凝土徐变后，转换桁架端部简体的竖向位移增 大65%；由于连体部位为钢结构，不存在混凝土徐变，所以转换桁架跨中挠度考虑徐变比不考虑徐变

1）考虑温度应力的分析结果表明，对于桁架构件，温度应力为仅次于恒荷载及活荷载效应的不利工况，桁架弦杆承担了较大的温度应力，温度应力产生的弦杆轴力约为恒荷载活荷载作用下轴力

（下转第124页）

3）找平收光

4）养护

3.7奇氏筒内壁清洁

4结语

混凝土浇筑时，需插人下层混凝土10mm，使其紧密结合.振动棒振捣过程中不能接触到奇氏筒，奇氏 筒周边应采用人工振捣.

混凝土浇筑过程中，如遇大、中雨时，采取分层浇筑.第1层浇筑至混凝土面以下40-50mm.待雨小或雨停后，马上浇筑第2层混凝土至设计标高；若雨持续时间长，对已浇筑第1层混凝土面凿毛，保 证施工缝的接茬，再浇筑第2层混凝土至设计标高.

由于激光整平机对华夫板精平过程中会造成和精平2个阶段.华夫板混凝土粗平采用6m刮尺 奇氏筒偏位甚至损坏，因此采用人工操作，分粗平按控制标高及简帽刮平，再用木抹拍浆，剔除表面骨料.粗平完成后，采用2m刮尺以奇氏筒边缘标高为基准进行整体精平，奇氏筒之间进行顺平：同时在刮尺中部镶水平尺，操作时对各方向和管帽随 时检查水平标高情况.精平需为机械打磨预留3mm左右的厚度磨损量.采用磨光机对大面积的混凝土进行收光，奇氏简边缘人工进行收光.

布有利于混凝土散热，故不做超厚混凝土水化热控 华夫楼板虽然厚度较厚，但由于奇氏筒均匀满制；在找平收光完成可以上人后（4-6h），对华夫楼板湿水并覆盖1层薄膜土工布废旧模板，进行保湿养护.

操作要点：①泵管下布置废旧轮胎，可有效减少对钢筋和奇氏简的影响：②分层浇筑，避免混凝土侧压力过大，导致奇氏筒偏斜，影响华夫板面层平整度；③浇筑过程中，出料口不能正对奇氏筒或 模板，在正面加装挡板；④振动棒振揭过程中不能接触到奇氏筒，奇氏筒周边应采用人工振接：5雨天混凝土浇筑采取分层浇筑的方式.

即对奇氏筒进行清理，清理采用人工清理，工人使 在华夫板混凝土表面可以上人后（4-6h），立用土工布等柔软材料清理筒体内流入的混凝土浆体，清理完成后将奇氏筒筒盖及时盖上.

操作要点：①清理过程中，不得损坏筒壁；②密封胶刮平，不能有明显的高低不平；③清理要及时， 避免时间过长造成清理难度加大.

通过该工程华夫板施工，发明了一套折叠式华

参考文献：

（上接第120页）

参考文献：

筑时间间隔不得大于混凝土初凝时间，避免形成施夫板奇氏简定位模具，一次性定位多个奇氏筒，节工缝.混凝土浇筑分层厚度控制在300mm，落度约资源、重复利用率高、结构简单、施工容易、节约为160～180mm，振捣时应做到快插慢拔，要求上层成本、质量易于控制.创新奇氏筒防漏浆技术，降低了混凝土浆液渗人筒内的风险，减少了后期清理工作量、降低成本、节约工期.应用整套重点工序 控制技术及“五步验收法”，过程中应用精细化管理技术等，提高工程质量.实践表明，本创新施工技术满足华夫板施工质量要求，缩短施工工期.

[1]黄斌华.对钢砼楼板华夫板模板施工的探讨与分析[J].今日科苑，2010（4）：99.[2]王水好，李奇惠，某电子芯片厂洁净室华夫板施工技术[] 施工技术，2010 39（4）：37-39[3]陈明箱，清净室华夫楼板施工技术[J].施工技术，2005 34[4]周圣平，藏明智，黄超，等，洁净室”华夫结构”的可周转模板 (3) ;64-65 施工技术[J].建筑施工 2012 34（2）：134-136.[5]张特，现浇华夫楼板施工技术[J].商业文化月刊.2009（7）： 260-262.

的10.9%，截面设计时应考虑温度应力作用.

2）按阶段施工并考虑混凝土徐变效应后，结构各构件会发生内力重分布，弦杆内力增大9.4%，腹杆内力增大0.7%；内力重分布对桁架弦杆的影响大于桁架腹杆，施工图设计时应适当考虑这一影响.

3）按阶段施工并考虑混凝土徐变效应的分析表明，考虑混凝土徐变后，混凝土筒体竖向压缩构件的竖向压缩变形增加较多，达到65.1%，但压缩量的绝对值很小，为14.4mm，处于可接受的范围；考虑混凝土徐变后，桁架挠度增加13.6%，说明混 凝土徐变对桁架挠度竖向位移也有一定影响.

现已通过峻工验收并投人使用，各分项评定、感观质量均达到预期的设计要求，其设计、施工中取得的经验可供其他类似工程参考.

[1]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010[S].北京：中国[2]苏卫东，舒云峰，林锋，等，重庆西水综保区监管大楼办公主 建筑工业出版社，2010.楼结构设计[J].建筑结构.2015（1）：21-25[3]建筑结构荷载规苑：CB50009-2012[S].北京：中国建筑工[4]建筑抗设计规范：CB50011-2010[S].北京：中国建筑工 业出版社，2012.[5]公路钢混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTGD-62- 业出版社，2010.2004[S].北京：人民交通出版社，2004.[6]北京钢铁设计研究总院，钢结构设计规范：GB50017-2003 [S].北京：中国建筑工业出版社，2003.