砼看台-钢屋面结构的温度应力问题和解决方案-以梧州体育场东看台屋面为例.docx

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砼看台-钢屋面结构的温度应力问题和解决方案-以梧州体育场东看台屋面为例

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摘要：本文详细论述了规范及常见构造对于解决混合结构温度应力问题存在的不足，并以梧州体育场东看台为例，提供了一种新型的间隙节点构造，为实现强节点弱构件的设计思路提供了实践和参考。

关键词：温度应力；间隙节点；体育场看台

1引言

在露天环境下，由于温度变化频繁，但由于现行规范对于温度应力的计算尚未具有明确的规定，设计人员往往对此类问题简单采用了伸缩缝等构造措施予以解决。但对于由诸如混凝土和钢构件等两种不同材料构成的混合结构温度应力认识不足，且此类结构往往由于建筑需求难以设置明确的温度缝，不同材料交界面常常会由于材料热膨胀性质的差异引起刚度较大的一侧因约束变形产生了较大的内应力，导致连接部位受力情况远大于设计值，甚至出现开裂破坏。

2规范及常见构造对于温度应力设计存在的问题

2.1规范对于温度作用的规定及存在问题

《钢结构设计规范》GB50017-2003（以下简称“钢规”）第8.1.5条规定了露天结构纵向温度区段不需要考虑温度作用的长度值为120m。

《混凝土结构设计规范（2015年版）》GB50010-2010（以下简称（“混规”））第8.1.1条给出的露天混凝土框架伸缩缝间距为35m，远小于“钢规”的温度区段值。

当前，国内大量体育场看台采取了下部混凝土框架看台，上部钢屋面的建筑表现形式。直接采用上述规范的规定很容易造成以下几点问题，导致结构温度应力的低估：

1）钢规第8.1.5条条文说明指出，该温度区段数值是以带柱间支撑的工业厂房（排架或门式刚架）为基础进行统计分析得出的，其前提是柱间支撑刚度远大于柱刚度。同时，对于存在吊车梁等构件的厂房，又指出梁柱滑移不能实现时温度区段需相应减小的要求。这就意味着规范条文的纵向区段是建立在纵向结构允许滑移释放温度应力的条件下的。类比于看台-屋面结构，如连接部位采用铰接支座，上部采用弧面钢结构，通过上部结构沿弧面法向的变形，可以释放大部分温度应力，温度问题尚不显著，但对于上部结构采用未设置柱间支撑的平面纵向框架并与下部混凝土柱刚接的屋面而言，纵向长度的累积温度应力将会对边柱产生极大的剪力和弯矩，导致节点设计的失败。

2）钢规第8.1.5条定义的钢结构柱脚直接与基础连接，连接形式限制较小，对于采用插入下部混凝土柱的钢屋面而言，连接节点往往受到建筑尺寸的限制，容易造成连接部位对温度应力的容许承载能力不足。

2.2长圆孔构造对于减小温度作用的不足

由于温度作用属于露天看台常见的可变荷载，且看台一般纵向长度均较长，采用增加结构刚度以“刚性”抵抗温度应力的方式往往经济性较差，特别是对于100米甚至200米的结构而言，因平面直线构件产生的温度应力有时根本无法设计，实践过程中一般采用构造措施对温度应力予以释放，如采用螺栓长圆孔等形式，实现钢屋面“设缝”。

这一构造做法对于中小型结构较为有效，通过螺栓在长圆孔中的滑动有效释放了因温度变形产生的应力，但该方法将杆件内力转化为节点部位的螺栓抗剪，对于大型结构而言，极大地削弱了节点的承载能力，特别是对于纵向跨度较长的细长杆件，螺栓由于构造间距等原因，承载力难以实现与构件等强，在很多情况下甚至达不到设计承载力。

3梧州体育场东看台释放温度应力的节点创新

3.1工程概况

梧州市体育场位于梧州市三龙大道北侧的梧州市职业学院，按照承接大型田径体育和足球比赛的重要场地标准进行设计。体育场为长轴224.00m、短轴189.2m的椭圆形平面，在东、西面设置两个看台，总建筑面积18454.13㎡（图3-1）。

3.2东看台温度应力释放措施及节点创新

东看台为次钢罩棚，覆盖面积为1221㎡，由上部钢架插入下部混凝土柱实现刚接。屋面径向最大悬挑长度约11米，切向长度约104米。柱脚与混凝土部分刚接，如切向不予以释放变形，将会在边跨累积较大的温度应力，导致下部1m×1m的混凝土柱无法承受（图3-2）。同时，由于各榀钢架间距均在16m以上，300×12的水平钢管如采用“螺栓+长圆孔”的节点也难以满足杆件传递来的竖向承载力要求。

为此，东看台设计进行了构造创新（图3-3、图3-4），在两侧钢管外端贴焊环肋板，由外部套管进行连接，并在外部套管内侧设置限位环肋，不仅有力地降低了径向约束产生的温度应力，也为节点两侧杆件提供了相互的竖向支承，有力地实现了强节点弱构件，也保障了外立面的连续性。

4结论

1）现行规范对于纵向温度区段的规定不适用于未设置柱间支撑的平面纵向框架并与下部混凝土柱刚接的屋面，对于砼看台-钢屋面混合结构的温度效应估计不足。

2）本文给出的新型间隙节点能实现释放温度变形的同时满足竖向支承的连续性要求，能做到强节点弱构件。

Reference：

[1]GB50017-2003钢结构设计规