超長高層建筑結(jié)構(gòu)溫度問題分析

孫蓉莉　潘 宇　贠 航

（中聯(lián)西北工程設(shè)計研究院有限公司 西安 710082）

超長高層建筑結(jié)構(gòu)溫度問題分析

孫蓉莉潘 宇贠 航

（中聯(lián)西北工程設(shè)計研究院有限公司 西安 710082）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國民對建筑物的功能提出了更高的要求，特別是一些公用建筑物正在逐漸向舒適化和大型化方向發(fā)展。在城市中出現(xiàn)新了許多超長高建筑，這些建筑的修建對修建技術(shù)提出了更高的要求，同時超長高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響較大，因此為了確保超長高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，需要對建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響進(jìn)行分析。

超長高層建筑；結(jié)構(gòu)問題；作用分析

建筑結(jié)構(gòu)都會受到溫度的影響，超長高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響更為嚴(yán)重。本文為了針對超長高層建筑在應(yīng)用過程中受溫度的影響進(jìn)行了分析，并提出了兩種解決超長高建筑結(jié)構(gòu)溫度問題的措施，目的在于提高超長高層建筑的穩(wěn)定性，希望文中內(nèi)容對促進(jìn)我國超長高層建筑的發(fā)展能夠有所幫助。

1　溫度的類型

1.1地理條件分類

超長高層建筑所處地理位置不同，結(jié)構(gòu)受到的自然天氣變化的影響也會有所不同。建筑工程可能會受到天氣變化、地形條件、太陽輻射等多方面因素的影響。這些因素中的任意一種發(fā)生變化都會對超長高建筑的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[1]。但由于現(xiàn)在超長高建筑普遍采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此它們受所受溫度的影響主要包括以下三種：①溫溫差。②驟然降溫。③日照溫度變化。在這三種不同類型的溫度影響中，年溫溫差指的是一年的溫度變化，此類溫差對超長高建筑結(jié)構(gòu)有著重要影響，是標(biāo)準(zhǔn)的建筑結(jié)構(gòu)溫度影響的一種。驟然降溫是指，在超長高建筑的設(shè)計、修建、施工過程中，因為冷空氣的突然來襲導(dǎo)致建筑修建地的溫度產(chǎn)生了巨大反差，同年溫差一樣，驟然降溫也會影響建筑結(jié)構(gòu)。日照溫差變化是指在一天內(nèi)，太陽光會照在超長高建筑結(jié)構(gòu)的不同部位，從而將會引起溫度變化[2]。

1.2作用形式分類

依據(jù)作用形式對溫度對建筑結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)行分類，可以將溫度分為表里溫差和均勻溫差兩大類。研究表明，建筑結(jié)構(gòu)的溫度在上升過程中并不會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，甚至比溫度下降給建筑結(jié)構(gòu)造成的影響小上許多倍，因此在研究上針對降溫對超長高建筑的影響進(jìn)行分析[3]。表里溫差指的是在澆筑的安全性、功能性得到更好的實現(xiàn)，同時也是為了對建筑物耐久性進(jìn)行充分保證，使房屋建筑各種功能得到滿足的同時，對建筑成本進(jìn)行最大限度的節(jié)約。因此，就必須對房屋建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，把優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)全部應(yīng)用在建筑物各個階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，盡可能的使結(jié)構(gòu)設(shè)計可行性、合理性得到體現(xiàn)。設(shè)計人員只有將優(yōu)化設(shè)計技術(shù)更好的應(yīng)用在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中，才可以使建筑物的整體質(zhì)量、性能得到保障，才能夠延長建筑物的使用壽命，使其穩(wěn)定性得到保障。和使用混凝土構(gòu)件過程中混凝土構(gòu)件內(nèi)外產(chǎn)生了較大溫差，造成這一溫差出現(xiàn)的主要原因是由混凝土材料自身的性質(zhì)決定的，混凝土材料的導(dǎo)熱性很差，屬于熱的不良導(dǎo)體，因此在施工過程中極易產(chǎn)生內(nèi)外溫差，當(dāng)這個溫差過大時，將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，日照溫差就是一種比較典型的表里溫差。均衡溫差則是指在建筑結(jié)構(gòu)表面，特別是在混凝土構(gòu)件表面溫度出現(xiàn)的變化，這一變化使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生較為嚴(yán)重的變形，從而引起混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫[4]。

2　解決超長高建筑結(jié)構(gòu)溫度問題的措施

2.1微膨脹技術(shù)

微膨脹技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用對解決超長高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響有著重要作用。為膨脹混凝土是在后澆帶內(nèi)加入一定量的膨脹劑，通過混凝土膨脹從而在其內(nèi)部形成預(yù)壓應(yīng)力，這一預(yù)壓應(yīng)力可以抵消混凝土因為在收縮過程中而形成的拉應(yīng)力中的一部分或全部，同時因為其膨脹作用對混凝土的收縮時間起到了一定的推遲作用，從而提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度以及對收縮應(yīng)力的抵抗，具有延緩或降低混凝土結(jié)構(gòu)在施工和使用中出現(xiàn)裂縫的可能性[5]。通過對微膨脹混凝土技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)超長高層建筑中使用的混凝土結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計。但從目前的技術(shù)和材料來看，并不能無限的延長混凝土結(jié)構(gòu)，通常情況下混凝土結(jié)構(gòu)的長度最長不會超過160m，超過160m即使對微膨脹混凝土技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，也無法確保達(dá)到完全補(bǔ)償收縮能力的目的，只能實現(xiàn)部分補(bǔ)償。而且，混凝土微膨脹技術(shù)在超長高建筑中混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，隨著時間的推移其膨脹能力將會逐漸減緩，這也是混凝土結(jié)構(gòu)收縮效應(yīng)的一種表現(xiàn)。

科技的高速發(fā)展也加快了建筑材料的發(fā)展，膨脹劑的種類也越來越多，不同廠家生產(chǎn)的膨脹劑的質(zhì)量參數(shù)也存在較大差異，產(chǎn)品的選取需要與建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計相符，一般情況下材料的測試以及配合比需要通過實驗室確定，但由于實驗室中的使用的小攪拌機(jī)與施工現(xiàn)場使用的大型攪拌機(jī)之間存在較大差距，而且實驗室中使用的水泥長時間的放置在室溫下，而工程中使用的水泥經(jīng)常會在50℃以上，有時候甚至?xí)?0℃以上，這也給在施工過程中對膨脹劑的選擇造成了很大麻煩，因此在對微膨脹混凝土技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時，一定要注重對膨脹劑的選擇，降低超長高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響，提高建筑質(zhì)量。

2.2無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)

為了使混凝土微膨脹技術(shù)中存在的缺陷進(jìn)行克服，減少收縮應(yīng)力，使混凝土能夠具有一定的預(yù)應(yīng)壓力，在超長高層建筑中的超長設(shè)計中適當(dāng)?shù)氖褂谜辰Y(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在解決超長結(jié)構(gòu)對溫度影響的原理如下：結(jié)構(gòu)成型時，在結(jié)構(gòu)長度方向建立相應(yīng)的預(yù)壓應(yīng)變和軸線預(yù)壓應(yīng)力，從而克服建筑結(jié)構(gòu)因為混凝土收縮和季節(jié)變換降溫而導(dǎo)致的收縮變形，抵消部分或全部拉應(yīng)力，限制混凝土裂縫的寬度，或避免混凝土出現(xiàn)裂縫。

目前，分析預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響，國內(nèi)外普遍采用“等效荷載法”。“等效荷載法”的應(yīng)用，為分析預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)提供了極大方便。等效荷載就是將預(yù)應(yīng)力筋對受彎構(gòu)件的作用作為等效荷載進(jìn)行處理，將此等效荷載視為外荷載施加于受彎構(gòu)件上便計算出構(gòu)件產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，此時的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)與外載效應(yīng)進(jìn)行疊加，這也就構(gòu)成了雙重作用下的最終效應(yīng)。在研究過程中，預(yù)應(yīng)力筋可對梁形成的作用，可以通過等效荷載代替。這種等效荷載在一般情況下有兩部分組成：①將彎矩和壓力引入到結(jié)構(gòu)錨固區(qū)[6]。②由預(yù)應(yīng)力筋曲率引起的垂直于線束中心線的橫向分布力，或通過預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)折而產(chǎn)生的集中力，此橫向力可以是作用在混凝土結(jié)構(gòu)上的外荷載直接抵消掉，因此也被稱為反向荷載。

預(yù)應(yīng)力筋在張拉過程中會引起結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的變化，在研究過程中可以通過等效荷載進(jìn)行計算。在研究過程中如果通過等效荷載對結(jié)構(gòu)中的彎矩進(jìn)行計算，計算結(jié)果包含了因為偏心預(yù)加力所引主彎矩以及有支座此反力而引起的次彎矩。因此，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的總彎矩為Mp，而主彎矩為M1，通過簡單的計算們可以通過Mp反算出次彎矩M2，即：M2=Mp-M1，這為解決超高層結(jié)構(gòu)受溫度的影響提供了數(shù)據(jù)支持。

3　結(jié)束語

綜上所述，科技的高速發(fā)展，使我國的建筑行業(yè)也到快速進(jìn)步，近幾年我國的建筑行業(yè)正朝著“長、高”方向不斷發(fā)展，這極大的推動了建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長。超長高層建筑作為建筑行業(yè)的一種新型產(chǎn)物，因為自身的獨(dú)特性質(zhì)受到了業(yè)內(nèi)人生的廣泛關(guān)注。但由于超長高層建筑在施工和后期的應(yīng)用過程中受溫度的影響較大，經(jīng)常會因為溫度的作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫和變形等問題，因此在超長高層建筑施工中需要采取合理的措施控制好溫度對其造成的影響，延長工程壽命。

[1]趙娟，陳淮，李天.超長高層建筑結(jié)構(gòu)溫度作用計算工況探討[J].鄭州大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2003，03：37～40.

[2]馬向峰.對于大空間框架結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力問題的思考[J].黑龍江科技信息，2011，18：232.

[3]張磊，趙蘇北.南京新城大廈超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析與設(shè)計[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2013，11：11～17.

[4]肖從真，王翠坤，黃小坤.中國建筑科學(xué)研究院高層建筑結(jié)構(gòu)研究發(fā)展與展望[J].建筑科學(xué)，2013，11：11～21.

[5]李男.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)注意的若干問題[J].電子制作，2013，21：78.

[6]李慧，謝文清，杜永峰，李萬潤.某超長隔震結(jié)構(gòu)在溫度及收縮作用下的變形研究[J].工程抗震與加固改造，2013，01：40～44.

TU973.12

A

1673-0038（2015）18-0035-02

2015-3-12

孫蓉莉（1980-），女，工程師，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

潘宇（1983-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

贠航（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。