论超长高层建筑结构温度问题

银永中 黄中林

摘要：随着城市化进程的不断推进，城市土地短缺问题日益显现，超高层建筑成为建筑企业适应城市发展、解决城市土地短缺的问题、满足人们居住需求的重要建筑类型。超长高层建筑结构温度问题对建筑物的使用和安全具有重要影响，对超长高等建筑结构温度的研究对于超高层建筑的建设具有重要意义。本文将分析温度对建筑结构影响，研究温度类型，进而探索超长高层建筑温度应力分析方法和解决超长高层建筑温度应力的技术措施。

关键词：超长高层建筑；结构温度；研究

改革开放以来我国经济发展迅速，建筑行业更是异军突起成为推动我国经济水平不断提升的重要动力。随着城市发展的需要和建筑水平的提升，超长高层建筑成为城市建筑的主要类型。但是相对于低层建筑，超长高层建筑的质量会受到更多因素的影响，其中结构温度是重要因素之一。建筑工程企业要想提升超长高层建筑建设水平，就应当加强对超长高层建筑结构温度的研究，进而提升建筑工程设计、施工质量。

一、 温度对建筑结构的影响

对现代超长高层建筑物产生裂缝的原因进行分析可知，其产生裂缝的重要因素之一是温度。首先，建筑工程施工的过程中如果采用混凝土构件联系浇筑的方法，在水泥水化热影響下混凝土构件内部会产生巨大应力，进而导致超长混凝土结构裂缝的产生。其次，在外能够部环境变化剧烈的情况下混凝土构件极易产生热胀冷缩，由此导致的混凝土构件不均匀变形会在受到约束的情况下发生开裂问题。通过以上内容可知，建筑结构无论是在外界环境温度变化作用下还是构件浇筑的水化热作用下，一旦建筑内外结构内外温度变化达到一定程度，建筑结构必然会受到一定影响，进而产生结构裂缝。

二、 温度类型

（一） 地理条件分类

工程结构受到自然天变化影响会随着所处地理位置和地理环境的改变而改变。当前国内建筑多为钢筋混凝土结构，是通过混凝土施工、搭建形成的，因此在自然天气条件下会受到三种温度影响，包括日照温度变化影响、骤降温影响、年温温差影响三种。其中年度温度变化是指年温温差，为标准的建筑结构温度作用类型，会对建筑结构造成一定影响；在建筑结构设计、施工、使用的过程中，在建筑混凝土结构自然界强冷空气突然侵袭的作用下形成的一种强烈的温度变化是骤降温差，建筑结构也会受到这种温度变化的影响。一天时间内太阳照射在建筑结构便面不同部位所引起的温度变化为日照温度变化[1]。

（二） 作用形式分类

均匀温差、表面温差是按照温度作用形式对影响建筑结构的温度进行的分类。鉴于建筑结构受到温度升降中升温的影响不大，降温对建筑结构影响高于升温影响数倍，本文将详细论述降温影响作用。建筑结构表面，尤其是混凝土构件截面所感受到的温度变化时均匀温差，混凝土结构在其作用下会发生变相，进而产生建筑贯穿裂缝。混凝土构件在浇筑或使用过程中，构件内外所产生的温差是表面温差，混凝土材料的性质是这类温差产生的主要原因，由于混凝土材料的导热性较差，因此内外温差很容易产生，进而引发混凝土结构的形变。

三、 温度应力的特点

首先温度应力不同于一般的荷载应力，其应变大而应力小、应变小应力大的现象并不满足虎克定律。其次，混凝土结构的温度分布具有瞬间变化的特点，所以会瞬间改变结构中的温度应力，时间性明显。最后，沿壁板厚度方向的非线性分布式混凝土结构的温度荷载的特点，所以截面上具有非线性特征的温度应力分布。

四、超长高层建筑温度应力分析方法

（一） 温度应力的近似简化计算方法

忽略基础和地下室的变形，将多层框架计算为两层，并将梁的温度水平侧移根据各柱的侧移刚度分配于节点上，根据柱上下端的位移差值确定固端弯矩的值，然后按照二次弯矩分配阀求得温度引起的内力是该方法的主要思路。这种方法又称分层法，当前框架结构温度应力应力主要据此进行。实践中还存在一种计算框架剪力墙结构的简化算法，由于这种算法遵循先整体后局部的顺序，所以计算过程中会发生一定程度的简化进而因发生计算结果的误差[2]。

（二） 有限元法

计算机科学、力学、应用数学的相互渗透和综合利用是有限元法的重要特点，将连续体转化为有限个单元体的组合、用有限自由度代替无限个自由度是这种方法的物理实质。用有限子域的组合代替一个连续域，化连续场函数的微分方程求解问题为有限个参数方程组的求解问题是其数学实质。实践当中运用ANSYS、SAP等通用有限元程序对大面积混凝土梁板结构温度应力进行计算时，用三维梁单元和板单元来模拟梁和楼板，并且在分析多层框架结构的温度应力时梁板粘合会引起百分之十左右的误差，因此在结构温度应力分析中用梁、板单元分别模拟结构梁柱和楼板是可行的。

（三） 局部构件的温度应力计算方法

建筑结构中的局部构件是超长高层建筑温度应力的研究对象，所以要求在计算中求得逼近理论解的结果，确定结构构件的温度场分布可采用经典理论方法或采用数值方法，得出的温度应力值就会较为精确。技术人员分析大面积混凝土梁板结构温度应力时采用了弹性有限元的方法，通过叠加季节温差与当量温差获得结构计算温差，分析结构在温度作用下的应力则采用SAP、ANSYS等通用有限元程序。对于高层剪力墙结构的温度作用效应则从日照和水化热两个方面考虑，墙体的温度场分布则采用数值方法求解，并用有限元程序SAP90进行温度应力计算[3]。

五、解决超长高层建筑温度应力的技术措施

根据国内外相关温度作用设计和科研成果可知，"抗"、"放"、"调"是超长结构温度作用处理的三种方式。通过提升混凝土的极限抗拉、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是"抗"的主要原理。设保温层、使用添加剂减小混凝土温度的变化和收缩、采用专门的预应力措施、选用高强度材料、合理确定结构承受的温差作用、合理选择结构布置形式是这种方式的作用措施。根据规范的要求，利用伸缩缝的设置使结构混凝土温度应力的影响范围缩小，在较小的范围内任其结构变形是"放"的原理所在。橡胶支座使构件变柔、设置伸缩缝是"放"的主要措施。将"抗"、"放"两种方法的综合运用是"调"的原理所在。其中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、墙和梁构架应分层散热浇灌、充分掌握混凝土的浇灌振捣技术和振捣时间、采用混凝土低温入模和低温养护的方法实现混凝土终凝时温度的降低；在合理留置施工缝和施工期间临时的温度缝基础上对混凝土后期干缩量进行有效控制是"放"经常采用的措施。

结语：

根据以上内容可知，有效掌握超长高层建筑结构温度问题对于提升建筑工程的设计、施工水平都具有重要意义。本文分析了温度对建筑结构影响和温度类型，进而研究超长高层建筑温度应力分析方法和解决超长高层建筑温度应力的技术措施。但本文还存在一定局限，希望行业人员能够强化对超长高层结构温度问题的研究，进而促进建筑工程质量的有效提升。

参考文献：

[1]陈淮，赵娟，李天.季节温差作用对超长高层建筑的影响[J].郑州大学学报（工学版），2012，（09）：25-28.

[2]赵娟，陈淮，李天.超长高层建筑在季节升温作用下的温度效应分析[J].建筑技术，2015，（01）：111-113.

[3]候晓英，周晓英，王华.超长高层建筑混凝土结构温度效应分析[J].上海建设科技，2015，（07）：53-55.