淺議溫度對超高層建筑的影響

張國江

（浙江省海寧市自來水有限公司工程科，浙江 海寧 314400）

隨著我國城市建設的發(fā)展，高層建筑得到了飛速的發(fā)展，隨之超長建筑越來越多，但一般來說，結構越長，溫度及收縮變形越大，約束內(nèi)力越大，往往引起結構開裂，影響正常使用，所以超長混凝土結構的溫度及收縮裂縫問題目前已經(jīng)成為結構領域內(nèi)一個研究的熱點。

1 溫度對建筑結構影響

溫度及收縮應力是引起超長混凝土結構開裂的主要原因。從結構本身來說，結構的超長將對結構產(chǎn)生兩個方面的不利影響。一是連續(xù)澆筑的超長混凝土構件內(nèi)部自身的收縮和水化作用引起的混凝土構件體積的不均勻變化使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的應力而開裂。二是外界環(huán)境溫度變化導致結構構件熱脹冷縮，由此引起的整體結構構件之間的不均勻變形和位移對于超靜定的混凝土結構可能引發(fā)較大的約束應力，這種約束應力對建筑物的影響主要在長度和高度兩個方面。這兩個角度的不利因素對超長結構的影響是溫度作用的主要表現(xiàn)形式。

2 溫度類型

置于自然環(huán)境中的工程結構，經(jīng)受各種自然環(huán)境條件變化的影響。它與所處的地理位置、地形地貌條件、結構物的方位、朝向以及所處季節(jié)、太陽輻射強度、氣溫變化、云、霧、雨、雪、周圍空氣等等有關，由此形成的工程結構物的溫度分布也是很復雜的。但就混凝土工程結構來講，由于自然環(huán)境條件變化所產(chǎn)生的溫度荷載，一般可分為年溫溫差作用、驟然降溫溫度作用和日照溫度變化作用三種類型。年溫溫差作用是由于年溫變化所引起的結構物溫度變化。驟然降溫溫度作用主要是強冷空氣的侵襲作用和日落形成內(nèi)高外低的溫度分布狀態(tài)。日照溫度變化作用指同一天太陽照射在結構的不同部位引起的溫度變化。

按作用的形式來看，溫差可分為均勻溫差和表里溫差兩類，因為升溫對結構不利影響較小，這里考慮的主要是降溫溫差。均勻溫差是指混凝土全截面的溫度變化，它引起混凝土的均勻變形，易產(chǎn)生貫穿裂縫。年溫溫差就是一種均勻溫差。表里溫差是指混凝土表層和內(nèi)部的溫差，這是因為混凝土是熱的不良導體造成的。日照溫差等均會引起較大的表里溫差，會引起混凝土表面收縮而內(nèi)部膨脹，產(chǎn)生表面裂縫。驟然降溫介于兩者之間，可能引起兩種裂縫。

3 溫度應力的特點

一是它與一般的荷載應力不同。基本上應力和應變不再符合簡單的虎克定律關系，即出現(xiàn)應變大而應力小，應變小而應力大的情況。二是因混凝土結構的溫度分布是瞬時變化的，所以在結構中的溫度應力也是瞬時變化的，具有明顯的時間性。三是由于混凝土結構的溫度荷載沿壁板厚度方向的非線性分布，故截面上溫度應力分布具有明顯的非線性特征。

4 解決超長高層建筑溫度應力的技術措施

參考國內(nèi)外近幾年來一些有關溫度作用的工程設計和科研成果，可將超長結構溫度作用的處理方法概括為“抗”、“放”、“調(diào)”三種方式。

“抗”是通過提高混凝土的強度、提高鋼筋混凝土的配筋率達到提高結構混凝土的極限抗拉、抗壓應變，采用補償收縮混凝土，以預壓應力抵消結構混凝土工作時的受拉變形，加強結構受溫度作用影響較大的部位?！翱埂钡闹饕胧┯性诮Y構設計時選擇的結構布置形式、合理確定結構承受的溫差作用、選用高強材料，采用專門的預應力措施、使用添加劑減小混凝土溫度的變化和收縮、設保溫層等。

“放”是按規(guī)范的要求，通過設置永久性伸縮縫減小結構混凝土溫度應力的影響范圍，使結構在較小的范圍內(nèi)任其變形。“放”的主要措施有設置伸縮縫、層間橡膠支座使構件變?nèi)岬取?/p>

“調(diào)”是“抗”、“放”兩種方法的綜合應用。通過混凝土配合比設計和材料選用、外加劑摻入、合理留置施工縫和施工期間臨時的溫度縫(通常稱為后澆帶)以及在施工時控制混凝土后期干縮量；采用混凝土低溫入模、低溫養(yǎng)護，盡量降低混凝土終凝時溫度，減少水化熱和收縮；充分掌握混凝土的澆灌振搗技術及振搗時間；墻、梁構件應分層散熱澆灌；在溫度應力較大部位合理配置預應力鋼筋同時加強薄弱部位。此外還可以通過支撐及邊界處理，減小結構構件的約束變形。

我國正在建造一些超長高層建筑，為了保證超長高層建筑結構在溫度作用下正常使用和建造的經(jīng)濟性，急需此方面研究成果。應用有限元分析方法，對整體超長高層建筑結構溫度應力問題進行系統(tǒng)研究，給出溫度變化引起結構內(nèi)力變化的范圍，將是目前超長高層建筑結構溫度問題研究的重點和方向。

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[3]韓重慶,孟少平.大面積混凝土梁板結構溫度應力問題的探討[J].建筑技術,2000;vo131，NO.12,33～35.