李 晶 佟 磊

（1．沈陽化工研究設(shè)計(jì)有限公司，遼寧，沈陽，110000）

（2．沈陽沈飛建設(shè)置業(yè)有限公司，遼陽，沈陽，110000）

外墻環(huán)境溫度效應(yīng)分析研究

李 晶1佟 磊2

（1．沈陽化工研究設(shè)計(jì)有限公司，遼寧，沈陽，110000）

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本文只考慮墻體混凝土齡期達(dá)一個(gè)月后對(duì)其進(jìn)行分析，并結(jié)合“王鐵夢(mèng)法-溫度應(yīng)力計(jì)算公式”研究墻體在環(huán)境溫度變化以及同時(shí)期內(nèi)混凝土收縮、徐變下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)(應(yīng)力、應(yīng)變等)—本文統(tǒng)一稱之為“環(huán)境溫度效應(yīng)”。本文以沈陽市氣候特點(diǎn)為研究聻景，找出最不利時(shí)的季脧溫差從而計(jì)算出外墻環(huán)境溫度收縮應(yīng)力。

環(huán)境溫度效應(yīng)；最不利溫差；環(huán)境溫度收縮應(yīng)力

一、概述

對(duì)于很多實(shí)際墻體工程在完工后半年或一年多才出現(xiàn)裂縫，建筑物外墻受季節(jié)溫差影響很大，所以考慮季節(jié)溫差引起的溫度應(yīng)力是很有必要的。氣溫的變化是引起混凝土裂縫的另一重要原因，也是計(jì)算溫度應(yīng)力和制定溫度控制措施的重要依據(jù)。

四季氣候變化引起的溫度變化則需要結(jié)構(gòu)所在地點(diǎn)的氣候資料，一般可以從當(dāng)?shù)貧庀缶值玫?。設(shè)計(jì)過程中可以按最不利條件考慮。其中按最不利氣候條件產(chǎn)生的季節(jié)氣候變化引起的溫度應(yīng)力是非常大的，這在裂縫控制設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該予以重視。對(duì)本文所研究的墻體，其溫度場(chǎng)的變化值將參照沈陽市氣象統(tǒng)計(jì)資料并根據(jù)民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)條文來確定。

收縮是混凝土材料的一個(gè)固有性質(zhì)，在混凝土中是普遍存在的。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土具有收縮性質(zhì)而鋼筋沒有，因此鋼筋將對(duì)混凝土的收縮產(chǎn)生阻礙作用，從而使鋼筋受壓而混凝土受拉，當(dāng)截面中配筋過多時(shí)，這種混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力也不可忽略。

由于溫度變化和混凝土收縮作用的時(shí)間都很長(zhǎng)，由于溫度的變化是緩慢的，尤其在考慮季節(jié)溫差對(duì)墻體的影響時(shí)，同時(shí)混凝土的收縮也是隨時(shí)間的推進(jìn)而緩慢發(fā)展的，因此分析中必須考慮混凝土徐變的影響。

二、環(huán)境溫度變化與墻體上的溫度分布

1、墻板溫度分布變化

由于墻體在厚度方向上的幾何尺寸相對(duì)很小，所以墻板內(nèi)部各點(diǎn)的溫度變化受外界溫度變化影響敏感。季節(jié)溫度變化也將引起結(jié)構(gòu)物溫度的變化，由于這種變化的長(zhǎng)期性和緩慢性，可認(rèn)為是結(jié)構(gòu)整體發(fā)生均勻的溫度變化。所以，在考慮季節(jié)溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)物的影響時(shí)，均以結(jié)構(gòu)物內(nèi)的平均溫度為依據(jù)。內(nèi)外溫差變化應(yīng)力分布變化較大，這種非線性溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力主要原因是寒潮來襲氣溫驟降。

2、墻體內(nèi)的溫度分布與計(jì)算用溫差的取值

整體溫差越大，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效應(yīng)越不利，對(duì)內(nèi)外溫差也一樣。在確定這種溫差的設(shè)計(jì)計(jì)算值時(shí)，需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，沈陽市氣象資料就是重要的參考資料。

依據(jù)上述分析，需要確定的值有墻板初始溫度和墻板溫度整體變化內(nèi)外表面的最大溫差。

（1）墻體的初始溫度

墻體初始溫度的取值方法各異，但本文研究的是強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)穩(wěn)定時(shí)墻體的平均溫度為初始溫度。研究墻體在六月中旬澆筑，一個(gè)月后適值氣溫最高的七月，七月的平均氣溫可將墻體初始溫度定為25℃。

（2）墻體溫度整體變化時(shí)的最大溫差

墻體溫度的整體變化有升溫和降溫兩種。墻整體升溫將使混凝土內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，而整體降溫則產(chǎn)生拉應(yīng)力，可能使墻體拉裂，對(duì)墻體更為不利。因此本文在考慮墻體溫度整體變化時(shí)只考慮整體降溫而不再考慮整體升溫這種情況

墻體溫度整體變化時(shí)按均勻溫差作用考慮，均勻溫差是指結(jié)構(gòu)物內(nèi)外構(gòu)件和構(gòu)件內(nèi)外溫度變化基本相同，主要由季節(jié)溫差引起。季節(jié)溫差指混凝土澆筑成型階段的施工溫度(對(duì)于設(shè)有后澆帶的工程取后澆帶封堵時(shí)的溫度)與后期各個(gè)階段溫度的差值，它變化長(zhǎng)期緩慢，結(jié)構(gòu)整體溫度變化均勻，故考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)影響時(shí)，均以結(jié)構(gòu)的平均溫度為依據(jù)。具體可按下式計(jì)算:? T =Tmax( Tmin?To其中 Tmax(Tmin)指最熱月(最冷月)平均溫度，To指混凝土澆筑成型時(shí)的平均溫度。本文 To=25℃，則 ? T =Tmin?To進(jìn)制=-11-25=36℃。

三、混凝土的收縮變形及當(dāng)量溫差的計(jì)算

混凝土隨著多余水分的蒸發(fā)必將引起體積的收縮，其收縮量甚大，機(jī)理比較復(fù)雜，隨著許多具體條件的差異而變化，根據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料，可用下列指數(shù)函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行收縮值的計(jì)算:

由于濕度不均勻，收縮變形也隨之不均勻，基礎(chǔ)的平均收縮變形助長(zhǎng)了溫度變形引起的應(yīng)力，可能導(dǎo)致混凝土開裂。因此在溫度應(yīng)力計(jì)算中必須把收縮這個(gè)因素考慮進(jìn)去。為了計(jì)算方便，把收縮換算成“收縮當(dāng)量溫差”。就是說收縮產(chǎn)生的變形，相當(dāng)于引起同樣變形所需要的溫度:。即本文在計(jì)算中考慮的墻體混凝土的收縮當(dāng)量溫差為18.45?。

四、單扇墻體降溫和收縮當(dāng)量溫差作用下溫度收縮應(yīng)力的計(jì)算

王鐵夢(mèng)在 1974年推導(dǎo)出了長(zhǎng)墻及地基板的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算公式(以下稱王鐵夢(mèng)公式)，可用于墻和地基板整體溫度變化時(shí)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力的估算，至今在工程實(shí)踐中仍得到廣泛應(yīng)用。

王鐵夢(mèng)公式中的墻體為一澆筑在混凝土基礎(chǔ)上的長(zhǎng)墻，其它邊界面均為自由，其厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向尺寸，所推導(dǎo)出的公式為(推導(dǎo)過程略)[1]。

由季節(jié)性溫度變化引起的墻整體降溫，墻體溫度整體變化時(shí)的最大溫差為36℃，墻體混凝土的收縮當(dāng)量溫差為18.45?。由于這兩種溫差都使墻體受拉，將產(chǎn)生相同的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，因此可將兩者合并為一項(xiàng)，即同時(shí)考慮由季節(jié)性溫度變化引起的墻整體降溫和混凝土收縮的不利影響時(shí)，應(yīng)分析最大達(dá)54.45℃的溫降。用王鐵夢(mèng)公式計(jì)算該溫差引起的墻體內(nèi)最大溫度應(yīng)力，各參數(shù)取值如下：

混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為 C40，E=3.25×104N/mm2， =1×10-5/℃，T=54.45℃，H=3200mm， H ( t ,τ)=0.3，對(duì)于 CX值王鐵夢(mèng)建議取100×10-2~150×10-2N/mm3，因此本文分別取CX1=100×10-2N/mm3，和CX2=150×10-2N/mm3進(jìn)行計(jì)算；對(duì)墻長(zhǎng)L分別取不同的值。 計(jì)算結(jié)果如表1-1所示。圖1-1所示為不同CX值下計(jì)算所得σm*ax值隨墻長(zhǎng)變化情況。

表1-1 不同長(zhǎng)度墻體用王鐵夢(mèng)公式計(jì)算所得σmax、σm*ax值(單位:MPa)

圖1-1 計(jì)算所得*maxσ值隨墻長(zhǎng)變化示意圖

從圖1-1中可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算所得最大溫度應(yīng)力值隨墻長(zhǎng)的增加而加大，但在墻長(zhǎng)增加到70m以后時(shí)應(yīng)力變化趨緩，并趨向于*maxσMPa3.5=即可忽略差異的存在。

溫度產(chǎn)生的超靜定內(nèi)力與混凝土的徐變有關(guān)，混凝土的徐變將大大減少溫度在混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力。這一點(diǎn)是溫度應(yīng)力與荷載應(yīng)力不同的地方，考慮這一點(diǎn)將使結(jié)構(gòu)的配筋大大的減少。

[1] 王鐵夢(mèng). 工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.8

[2] 徐榮年，徐欣磊.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制—“王鐵夢(mèng)法”應(yīng)用實(shí)例集.中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005

[3] 沈陽市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) SYJG 2007-1.超長(zhǎng)地下室混凝土結(jié)構(gòu)防裂技術(shù)規(guī)定.沈陽市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì), 2007

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