近年来超长混凝土结构在公共建筑中的应用越来越广泛，然而超长混凝土结构在施工期或者使用期受外界与自身温度变化的影响，往往会产生各式各样的裂缝，这些裂缝将直接影响结构的正常使用，危害建筑的安全。

预应力温度筋方案是一种主动的裂缝控制措施。通过在混凝土中设置无粘结预应力筋，在结构中产生2.0Mpa左右的预压应力，预压应力用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展;裂缝出现后，预应力的“套箍”作用会继续抑制裂缝的发展。通过合理的配置预应力筋能够达成不设或少设伸缩缝目的，是最为合理的超长结构不设缝的解决方案。我们将通过北京地铁7号线焦化厂车辆段项目为案例为您详解超长结构不设伸缩缝预应力解决方案。

1.工程概况

本项目为北京地铁7号线焦化厂车辆段项目，位于北京市朝阳区焦化厂村，七号线焦化厂站的东南端，由焦化厂路、焦化厂南路、六圈南路、万寿路南延段围合而成的东西向长方形地块.咽喉区主体为框架结构，建筑面积总计约6.5万平方米，整个结构平面为喇叭形的超长结构。其中，03-04分区的平面最长，东西向长约265m,南北向长约160m，远远超过了我国规范中伸缩缝不超过55m的要求。对于地下结构存在防水问题，一般业主方希望不要设缝。因此本工程采取布置预应力温度筋的方法来解决温度应力对结构的影响。

咽喉区平面布置图如下图所示：

2.设计过程

本项目采用Midas软件进行温度应力的有限元计算。温度应力是由于结构在温度变化过程中的变形受到约束所致。当温度下降时结构的收缩会受到竖向支撑的约束，因此在降温过程中温度应力通常以拉应力为主。相反，在升温过程中则是以压力为主。由于钢筋混凝土构件的抗拉能力较弱，因此主要分析降温条件下温度应力对整体结构的影响。取03-04分区的一部分进行建模分析，通过模拟计算降温条件下结构的的应力，根据温度应力计算结果在结构中配置足以抵消温度应力作用的预应力筋。

温度应力计算模型如下图所示：

本项目位于北京市，根据荷载规范中北京市最低温度为零下13℃，合拢温度为5℃，收缩当量温差为7℃，则结构的最大温降为25℃。温度作用下混凝土收缩都是随时间变化比较缓慢的作用，由于徐变的存在，结构中实际应力会远远小于弹性分析的结果。混凝土的徐变性能在混凝土应力不大的线性徐变下，徐变的影响可以等效成混凝土弹性模量的折减，也可等效成温度作用折减。

本项目对温度作用进行折减，折减系数为0.4，折减后最大温降为10℃。在降温10℃的条件下进行温度应力计算，可在应力云图中看出在降温10℃条件下，结构中产生的X、Y向温度应力均集中在2.5～3.5Mpa之间。此温度应力为温度荷载单独作用下结构产生的应力，需要施加相应的预压应力来抵消。

考虑到温度折减较小，按照承受每平米2MPa的温度应力进行配筋设计。1m单元板带内，板厚为350mm,需要配置的无粘结预应力筋根数为4根/m。

降温条件下板X向应力云图

降温条件下板Y向应力云图

3.施工过程模拟验算

根据整体施工顺序，考虑后浇带的留设及封闭顺序，并考虑预应力筋的张拉顺序，分别建立各施工阶段的结构组、边界组、荷载组，分析预应力产生预压应力，以验算预应力配筋是否满足要求。

按照实际的施工顺序考虑：

阶段1为未封闭后浇带之前，在仅施加预应力荷载条件下计算结构产生的应力值；

阶段2为封闭竖向后浇带后，竖向后浇带内的预应力筋张拉完成后，计算结构中产生的应力值；

阶段3为封闭横向后浇带后，横向后浇带内的预应力筋张拉完成后，计算结构中产生的应力值；

阶段4为合拢后降温10℃条件下，计算结构中产生的应力值。

阶段1板内产生的应力值X向约为-1.5Mpa

阶段1板内产生的应力值Y向约为-1.3Mpa。

阶段2板内产生的应力值X向约为-1.5Mpa

阶段2板内产生的应力值Y向约为-1.2Mpa

阶段3板内产生的应力值Y向约为-1.5Mpa

阶段3板内产生的应力值Y向约为-1.2Mpa

阶段4板内产生的应力值Y向约为-0.8Mpa

阶段4板内产生的应力值Y向约为-0.5Mpa

通过以上验算的过程，可得到以下两点结论：

1.根据阶段4的应力结果，可看出，结构合拢，预应力逐步施加完成后，在最不利降温作用发生时，结构中产生的应力仍表现为压应力，因此结构不会开裂；

2.考虑到结构施工过程后浇带不同的封闭时间，预应力分阶段张拉，预应力作用是分阶段、分块施加到结构上的，与结构合拢后一次施加的效果是不同的，此类工程应通过施工过程模拟，分析预应力分阶段、分块张拉最终施加到结构上的实际预压应力的大小（考虑竖向构件刚度、约束对预应力的影响），并与温降工况相组合，以分析施加的预应力是否能够抵消温降产生的拉应力。

通过本文的分析结果可知，经过合理计算和配置适当数量预应力温度筋，控制预应力筋的配筋率和产生的压应力数值，并进行施工过程模拟验算，可解决超长结构温度应力问题。预应力温度筋方案是解决超长结构温度应力的最为合理可行的方案。

来源：BICP银泰建构

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