馬曉暉

（方遠建設(shè)集團股份有限公司，浙江 臺州 318000）

隨著高層建筑的日益發(fā)展，溫度應(yīng)力問題已引起國內(nèi)外工程界的關(guān)注與重視。在房屋的長度方向，房屋長度越長，樓板等縱向連續(xù)構(gòu)件由溫度變化引起的長度改變就越大。要溫度應(yīng)力達到并超過混凝土的抗拉強度，裂縫的出現(xiàn)將給結(jié)構(gòu)的強度、剛度帶來危害，當溫度荷載足夠大時，最終將導致結(jié)構(gòu)的破壞。因此研究分析混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力與溫度荷載對控制混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫和變形是十分重要的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對溫度應(yīng)力與變形能較為準確地考慮并采取措施減少影響，以確保結(jié)構(gòu)安全可靠，具有重要的工程意義。

1 鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)溫度變形的原因

1.1 高層建筑跨季節(jié)施工因氣溫變化而引起的溫度效應(yīng)（主要產(chǎn)生年溫度荷載）高層建筑由于工程量大往往施工工期較長，需要跨季節(jié)跨年度施工。因為不同季節(jié)的氣溫有所變化，有的地區(qū)夏季和冬季室外溫差達50℃，整個施工期間建筑物都暴露在自然環(huán)境中，這時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度就與該構(gòu)件在混凝土澆筑時的溫度有較大的溫差。于是，構(gòu)件發(fā)生溫差變形，而結(jié)構(gòu)受到基礎(chǔ)和地基的約束，構(gòu)件之間亦互相約束，從而迫使各構(gòu)件不能自由變形，這樣就產(chǎn)生了溫度內(nèi)力。

1.2 建成使用后，由于室內(nèi)外溫差而引起的溫度效應(yīng)（主要產(chǎn)生日照溫度荷載和驟然降溫溫度荷載）現(xiàn)代高層建筑往往使柱子（或墻）外露，而建筑物內(nèi)又均設(shè)空調(diào)。外露柱（或墻）長期經(jīng)受外界氣溫和日輻射等作用，其溫度隨外界環(huán)境的不同而變化，建筑物的屋面溫度也隨外界環(huán)境的不同而變化，但室內(nèi)則經(jīng)常保持常溫狀態(tài)，這樣室內(nèi)外就可能形成較大的溫差，使整個結(jié)構(gòu)的內(nèi)外各部分處于不同的溫度狀態(tài)中。如果構(gòu)件尺寸可以無約束地自由變化，那么構(gòu)件內(nèi)就不會產(chǎn)生任何應(yīng)力，但如果構(gòu)件受到各種不同形式的約束，那么構(gòu)件內(nèi)便會產(chǎn)生內(nèi)力和變形，混凝土結(jié)構(gòu)甚至還會出現(xiàn)裂縫。溫度內(nèi)力會使構(gòu)件的承載能力降低；溫度變形會使房屋的側(cè)移增大，樓面發(fā)生翹曲，尤以頂層為甚。此外，還會對隔墻、裝修、服務(wù)設(shè)施等產(chǎn)生不利的影響。

2 溫度變形及溫度內(nèi)力對結(jié)構(gòu)的影響

2.1 溫度變化所引起的附加內(nèi)力

溫度變化使結(jié)構(gòu)引起的附加內(nèi)力，可以概括如下：（l）在施工過程中由于溫度的變化，在底層柱中引起的附加剪力和附加彎矩最大；（2）由于內(nèi)外整體溫差會導致結(jié)構(gòu)橫梁中產(chǎn)生附加剪力和附加彎矩，在頂部的樓層部位較為突出；（3）內(nèi)外整體溫差同樣會導致在外柱中產(chǎn)生附加軸向力，在底層柱中最為明顯，數(shù)值最大；（4）由于局部溫差，即外柱的內(nèi)外表明間有溫度梯度，外柱還將產(chǎn)生附加彎矩:（5）結(jié)構(gòu)屋頂受日曬的影響，會使頂部樓層的柱中產(chǎn)生附加剪力和附加彎矩。

2.2 溫度變化給使用方面帶來的問題

溫度變化給使用方面帶來的問題有：（1）有內(nèi)外整體溫差，使柱伸長或縮短，從而引起內(nèi)外豎向構(gòu)件在長度上的差異，導致樓面結(jié)構(gòu)的內(nèi)外邊緣發(fā)生不同的位移值。這種相對位移值，在結(jié)構(gòu)的頂層附近最大，向下則逐漸減小。若次相對位移值超過其允許極限值，就可能引起上部各層中隔墻的開裂。（2）由于角柱、邊柱和內(nèi)部各豎向構(gòu)件的豎向變形不一致，將導致樓板翹曲，尤以頂層為甚。當這種翹曲比較大時，會在樓板的角部出現(xiàn)裂縫。（3）屋頂受到太陽的輻射，雖然有隔熱層，但其溫度場與室內(nèi)各層樓板的溫度場仍有差別，因此相互間將引起變形差。由于頂層和下一層樓板間的變形差，在頂層柱（或墻）中將引起附加剪力和附加彎矩。若在該層角部的墻體上還有洞口，則在該洞口的角部，由于應(yīng)力集中，會因其主拉應(yīng)力超過該墻體材料的抗拉強度而產(chǎn)生45°的斜裂縫。

3 減小或控制溫度效應(yīng)的對策

3.1 適應(yīng)結(jié)構(gòu)溫度變形和內(nèi)力的措施

在高層建筑中，由于溫度變形而引起隔墻開裂，似乎是個主要問題。若隔墻的構(gòu)造未考慮由于豎向構(gòu)件間的溫差所引起的樓面豎向位移，那么，由于這個位移產(chǎn)生的剪力可能會引起隔墻的損壞。因此，應(yīng)該對高層結(jié)構(gòu)上部樓層的隔墻作相應(yīng)的構(gòu)造措施，使其本身不至于因為結(jié)構(gòu)的溫度變位而產(chǎn)生應(yīng)力。若把隔墻從框架中脫開一些，就可有效防止隔墻開裂。此外，若隔墻的門洞一直開至天花板，就可在裂縫出現(xiàn)的常見部位消除裂縫。要適應(yīng)結(jié)構(gòu)中由于溫度變化而產(chǎn)生的內(nèi)力，應(yīng)該對結(jié)構(gòu)底部和頂部樓層的構(gòu)件采取相應(yīng)的加強措施，提高這些部位構(gòu)件的配筋率。

3.2 控制結(jié)構(gòu)溫度變形和內(nèi)力的措施

（1）設(shè)法減小豎向構(gòu)件的斷面或增大橫梁斷面及配筋，可減小豎向構(gòu)件間因溫差引起的相對變形；（2）設(shè)剛性加強層可在一定程度上調(diào)整豎向構(gòu)件間的不均勻變形；（3）澆筑注意事項：1）安排項目部施工技術(shù)人員，分晝夜兩班，24h連續(xù)作業(yè)，每班值班人員必須全部到位，進行旁站監(jiān)督做好記錄，交接班時進行口頭、書面結(jié)合交代。2）對大梁、梁底柱進行明顯標識，確保梁柱等鋼筋密集處的混凝土澆筑質(zhì)量，澆筑柱混凝土時，派人到下面層對模板進行敲擊檢查，保證混凝土澆筑密實。3）進場的混凝土隨時檢查坍落度，保證混凝土輸送順暢。混凝土的測溫：設(shè)專人檢測混凝土表面溫度與結(jié)構(gòu)中心溫度，測溫時間為前5d每隔4h測1次，5d后8h測1次，嚴格控制混凝土內(nèi)外溫差≤25℃，由于本工程利用排出的熱循環(huán)水進行蓄水保溫，使混凝土不受外界溫差的影響。設(shè)置專人養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不小于14d。當前，溫度監(jiān)測可以迅速反饋結(jié)構(gòu)的溫度實況，人們也是通過控制溫度來防止結(jié)構(gòu)開裂。但從混凝土結(jié)構(gòu)的開裂機理來看，混凝土之所以開裂，是由于混凝土的應(yīng)力超過了其抗拉強度所致。因此，如果能直接監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況，讓人們通過控制結(jié)構(gòu)應(yīng)力來防止結(jié)構(gòu)開裂，這將顯得更為直觀。（4）當房屋長度超過一定限值時，就應(yīng)設(shè)置伸縮縫。伸縮縫通常采用設(shè)置雙墻或雙柱的構(gòu)造，將上部結(jié)構(gòu)斷開，分成獨立的溫度區(qū)段，使結(jié)構(gòu)可以自由伸縮。但永久性伸縮縫的設(shè)置會造成多用材料、構(gòu)造復(fù)雜、施工困難等，又對抗震、防水不利，也影響建筑立面；（5）當建筑物過長時，在適當距離選擇對結(jié)構(gòu)無嚴重影響的位置設(shè)置后澆縫，在條件合適的時候可用后澆縫與增配鋼筋的方法來代替伸縮縫。后澆縫代替伸縮縫是先放后抗，放抗兼施的辦法。但后澆縫只能解決混凝土結(jié)硬時的收縮應(yīng)力，并不能解決溫度應(yīng)力；（6）在混凝土攪拌過程中，添加少量化學添加劑，補償混凝土收縮，堵塞毛細孔，也是常用的方法。但化學添加劑不能完全解決后期溫度變化引起的內(nèi)力；（7）在溫度變化劇烈的地方采用一些保溫隔熱材料，減小溫度變化引起的溫度應(yīng)力。高層建筑的技術(shù)層也應(yīng)注意保溫、隔熱，避免該層過分通風，與其上下層間產(chǎn)生較大的溫差引起溫度應(yīng)力：（8）對結(jié)構(gòu)頂部樓層的橫梁由剛接改為鉸接，可有效地釋放溫度內(nèi)力。（9）養(yǎng)護。遇到中午、夜晚溫差較大時（7月～9月），為保證混凝土施工質(zhì)量，控制溫度裂縫的產(chǎn)生，采取蓄水養(yǎng)護，養(yǎng)護深度常取30cm。蓄水前，采取先蓋一層塑料薄膜，一層草袋，進行保濕臨時養(yǎng)護，待混凝土終凝后，砌筑分格擋水墻，開始分層蓄水養(yǎng)護。

4 結(jié)語

總之，本文就鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的溫度變形和溫度內(nèi)力作了一些探討，初步得出了高層建筑結(jié)構(gòu)中溫度變形和溫度內(nèi)力的規(guī)律，并據(jù)此提出了減小或控制結(jié)構(gòu)中溫度效應(yīng)的對策。

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