浅议温度对超高层建筑的影响

张国江

（浙江省海宁市自来水有限公司工程科，浙江 海宁 314400）

随着我国城市建设的发展，高层建筑得到了飞速的发展，随之超长建筑越来越多，但一般来说，结构越长，温度及收缩变形越大，约束内力越大，往往引起结构开裂，影响正常使用，所以超长混凝土结构的温度及收缩裂缝问题目前已经成为结构领域内一个研究的热点。

1 温度对建筑结构影响

温度及收缩应力是引起超长混凝土结构开裂的主要原因。从结构本身来说，结构的超长将对结构产生两个方面的不利影响。一是连续浇筑的超长混凝土构件内部自身的收缩和水化作用引起的混凝土构件体积的不均匀变化使混凝土内部产生较大的应力而开裂。二是外界环境温度变化导致结构构件热胀冷缩，由此引起的整体结构构件之间的不均匀变形和位移对于超静定的混凝土结构可能引发较大的约束应力，这种约束应力对建筑物的影响主要在长度和高度两个方面。这两个角度的不利因素对超长结构的影响是温度作用的主要表现形式。

2 温度类型

置于自然环境中的工程结构，经受各种自然环境条件变化的影响。它与所处的地理位置、地形地貌条件、结构物的方位、朝向以及所处季节、太阳辐射强度、气温变化、云、雾、雨、雪、周围空气等等有关，由此形成的工程结构物的温度分布也是很复杂的。但就混凝土工程结构来讲，由于自然环境条件变化所产生的温度荷载，一般可分为年温温差作用、骤然降温温度作用和日照温度变化作用三种类型。年温温差作用是由于年温变化所引起的结构物温度变化。骤然降温温度作用主要是强冷空气的侵袭作用和日落形成内高外低的温度分布状态。日照温度变化作用指同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温度变化。

按作用的形式来看，温差可分为均匀温差和表里温差两类，因为升温对结构不利影响较小，这里考虑的主要是降温温差。均匀温差是指混凝土全截面的温度变化，它引起混凝土的均匀变形，易产生贯穿裂缝。年温温差就是一种均匀温差。表里温差是指混凝土表层和内部的温差，这是因为混凝土是热的不良导体造成的。日照温差等均会引起较大的表里温差，会引起混凝土表面收缩而内部膨胀，产生表面裂缝。骤然降温介于两者之间，可能引起两种裂缝。

3 温度应力的特点

一是它与一般的荷载应力不同。基本上应力和应变不再符合简单的虎克定律关系，即出现应变大而应力小，应变小而应力大的情况。二是因混凝土结构的温度分布是瞬时变化的，所以在结构中的温度应力也是瞬时变化的，具有明显的时间性。三是由于混凝土结构的温度荷载沿壁板厚度方向的非线性分布，故截面上温度应力分布具有明显的非线性特征。

4 解决超长高层建筑温度应力的技术措施

参考国内外近几年来一些有关温度作用的工程设计和科研成果，可将超长结构温度作用的处理方法概括为“抗”、“放”、“调”三种方式。

“抗”是通过提高混凝土的强度、提高钢筋混凝土的配筋率达到提高结构混凝土的极限抗拉、抗压应变，采用补偿收缩混凝土，以预压应力抵消结构混凝土工作时的受拉变形，加强结构受温度作用影响较大的部位。“抗”的主要措施有在结构设计时选择的结构布置形式、合理确定结构承受的温差作用、选用高强材料，采用专门的预应力措施、使用添加剂减小混凝土温度的变化和收缩、设保温层等。

“放”是按规范的要求，通过设置永久性伸缩缝减小结构混凝土温度应力的影响范围，使结构在较小的范围内任其变形。“放”的主要措施有设置伸缩缝、层间橡胶支座使构件变柔等。

“调”是“抗”、“放”两种方法的综合应用。通过混凝土配合比设计和材料选用、外加剂掺入、合理留置施工缝和施工期间临时的温度缝(通常称为后浇带)以及在施工时控制混凝土后期干缩量；采用混凝土低温入模、低温养护，尽量降低混凝土终凝时温度，减少水化热和收缩；充分掌握混凝土的浇灌振捣技术及振捣时间；墙、梁构件应分层散热浇灌；在温度应力较大部位合理配置预应力钢筋同时加强薄弱部位。此外还可以通过支撑及边界处理，减小结构构件的约束变形。

我国正在建造一些超长高层建筑，为了保证超长高层建筑结构在温度作用下正常使用和建造的经济性，急需此方面研究成果。应用有限元分析方法，对整体超长高层建筑结构温度应力问题进行系统研究，给出温度变化引起结构内力变化的范围，将是目前超长高层建筑结构温度问题研究的重点和方向。

[1]李鸿猷.高层建筑结构日照影响的探讨，《建筑结构学报》Vol.10，No.3，1989.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3]韩重庆,孟少平.大面积混凝土梁板结构温度应力问题的探讨[J].建筑技术,2000;vo131，NO.12,33～35.