溫度作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文/陳金祥、潘浩亮 湖州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 浙江湖州 313000

1、混凝土結(jié)構(gòu)的溫度作用及控制

在建筑施工中，所有的混凝土關(guān)乎到幾乎所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大部分都是由混凝土構(gòu)成，而溫度對(duì)于混凝土的成型影響很大，主要的影響便是由于溫度控制不夠而造成混凝土成型后出現(xiàn)裂縫。

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)溫度控制措施

在生活中的高層建筑施工中，其地下室的地基通常都是混凝土結(jié)構(gòu)，并且相對(duì)比較厚，通常都有二到三米的厚度，而這就會(huì)被溫度的影響無限放大，造成很多的因?yàn)闇夭钸^大以及對(duì)于成型的養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)鹊仍虻臏囟攘芽p，這類的溫度裂縫問題很為嚴(yán)重，地板裂縫會(huì)造成地下滲水的現(xiàn)象，并且會(huì)造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題。因此得很為重視。

對(duì)于結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)溫度裂縫的判斷以及對(duì)于其的溫度控制，就需要對(duì)其進(jìn)行溫度的計(jì)算，通過計(jì)算的到具體的數(shù)據(jù)后進(jìn)行相關(guān)的控制，并且根據(jù)有關(guān)測(cè)試以及多年的現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溫度裂縫的造成很大一部分原因便是溫差相差大于二十五攝氏度，也就是說小于二十五攝氏度的溫差基本是不會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫的，防止這類溫度裂縫的措施通常是在混凝土初步凝固后進(jìn)行表面的一個(gè)薄膜的覆蓋，并且在其上再次進(jìn)行一個(gè)草袋的覆蓋以此隔熱保溫，通常在城市公路上用到的很多。對(duì)于溫度的檢測(cè)還有對(duì)混凝土的內(nèi)部進(jìn)行一個(gè)溫度的檢測(cè)，然后觀察內(nèi)部溫度以及表面溫度的差別，通過這樣來及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以及養(yǎng)護(hù)。

1.2 溫度作用造成的結(jié)構(gòu)裂縫

溫度作用會(huì)造成的裂縫會(huì)有很多的種類。其中發(fā)生最為多的便是溫差裂縫，這類裂縫造成的原因從字面就可以了解，就是因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的內(nèi)外的溫差相差太大而造成的裂縫，主要形成的因素就是水泥水化熱而引起的其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與其表面的溫差過大。因?yàn)槟壳暗慕ㄖ际且曰炷烈淮涡詽仓尚偷?，因此?duì)于內(nèi)部的混凝土水化熱很難散發(fā)出去，但是表面的結(jié)構(gòu)很容易散熱，這樣溫差就產(chǎn)品了，因此形成溫度裂縫。

2、環(huán)境溫度取值

2.1 環(huán)境溫度的組成

關(guān)于建筑物的環(huán)境溫度的構(gòu)成就是空氣的溫度外加太陽照射在建筑物面層的溫度，其中空氣溫度對(duì)于建筑面層來說，其是一個(gè)區(qū)間的遞增或者遞減的過程，所以空氣溫度與建筑物面層的溫度通常是不一樣的。但是太陽照射的溫度確是直接照射到建筑物的面層的，因此對(duì)于太陽照射的溫度與空氣溫度正好相反。

2.2 溫度變化周期

溫度變化的周期是不同的，對(duì)于空氣溫度的變化周期可以看成一個(gè)不會(huì)被時(shí)間所干擾的穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，而太陽照射建筑物面層所形成的溫度場(chǎng)則是一個(gè)隨時(shí)間的變化而改變的不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。

這個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)的變化有很多，它可以是年為周期即是一年的平均溫度變化，也可以是月則是一個(gè)月的平均溫度，還可以是日則是一天內(nèi)的平均溫度。

而不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)則是與之對(duì)應(yīng)周期的最高溫度和最低溫度的極差。如果把這個(gè)不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)用傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行解釋的話，則可以完全的解釋出這一不穩(wěn)定的溫場(chǎng)變化。(1)波幅的衰減系數(shù)等于e－根號(hào)下a（材料的導(dǎo)溫系數(shù)平方米每小時(shí)）t的x次平方分之π，（2）波傳導(dǎo)的延遲時(shí)間等于二分之一x（離物體表面的距離米）根號(hào)下aπ分之t（波動(dòng)周期小時(shí)）通過之上的兩個(gè)公式便可得出不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)的周期變化，這個(gè)溫度的影響強(qiáng)度隨距離的增加而減小，并且強(qiáng)度持續(xù)的時(shí)間也是有一定的延遲，這就說明了在外的溫度達(dá)到最高的時(shí)候，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度其實(shí)沒有達(dá)到最高，而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度達(dá)到了最高的時(shí)候，而面層的溫度確是早就已經(jīng)降了下來。這類溫度的波動(dòng)很大，因此抽取溫度的方式對(duì)其是不準(zhǔn)確的，對(duì)其的檢測(cè)方式最為合適的便是把周期縮短，這樣就可以很為準(zhǔn)確可靠的進(jìn)行測(cè)控，所以以日作為溫度周期是最為穩(wěn)妥的。

2.3 環(huán)境溫度的取值

在環(huán)境溫度的取值中，通常采用的方法是室外的溫度選擇三十年內(nèi)夏季出現(xiàn)最高的日平均溫度和三十年內(nèi)冬季出現(xiàn)最低的日平均溫度，并且在使用的過程時(shí)，夏季選用空調(diào)的設(shè)計(jì)溫度，而冬季便是選用采暖溫度，然后通過計(jì)算得出太陽的輻射溫度的平均的數(shù)值，而結(jié)構(gòu)的初始溫度則是選擇環(huán)境的空氣溫度。

3、桿端約束內(nèi)力

對(duì)于桿端約束內(nèi)力來說，不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)在對(duì)于傳導(dǎo)過程之中，溫度的波幅以及傳導(dǎo)的速度都是不夠的。不過在建筑物的保護(hù)結(jié)構(gòu)中，都是經(jīng)過了抗熱設(shè)計(jì)的，也就是說都有很強(qiáng)的熱阻性，因此對(duì)于不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)的影響度是可以忽略不計(jì)的，也就是說在現(xiàn)場(chǎng)的施工時(shí)，采用熱阻的保護(hù)結(jié)構(gòu)則可以直接考慮空氣溫度則已。

在我國的建筑施工設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)通常的都是以梁柱墻以及樓板等等構(gòu)成，在沒有內(nèi)部的熱源進(jìn)行導(dǎo)熱的時(shí)候，相對(duì)較薄的墻以及板都是比較穩(wěn)定的溫度，其只能是順著厚的方向進(jìn)行溫度的改變，梁柱則是以中軸向外進(jìn)行改變。

4、界面溫度

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的面層溫度，在一般的情況下，就是每個(gè)材料面層溫度都是需要控制的，比如水泥砂漿層的溫度外墻保溫層等等。然后了解每個(gè)材料的層次溫度后再根據(jù)環(huán)境的溫度從而得以經(jīng)過多層材料傳熱后的面層溫度。

5、舉例

在一個(gè)建筑物的夏季屋外的環(huán)境空氣溫度是三十六點(diǎn)九攝氏度，而屋內(nèi)的空調(diào)的設(shè)計(jì)溫度是二十六攝氏度，屋表面的太陽照射的溫度是二十三攝氏度。通過相關(guān)的計(jì)算后，屋表面的各個(gè)界面溫度可以如下：地磚厚度為0.006米，最終的界面溫度為五十九攝氏度，水泥砂漿的找平層0.02米，最終界面溫度為五十八攝氏度，防水層0.01米，最終的界面溫度五十五攝氏度，水泥砂漿保護(hù)層0.02米，最終界面溫度五十四攝氏度，保溫層0.1米，最終界面溫度三十五攝氏度，鋼筋混凝土板0.15米，最終界面溫度三十一攝氏度，粉刷0.02米，最終界面溫度三十?dāng)z氏度，內(nèi)表面的熱交換二十六攝氏度，通過以上舉例可以看出熱傳導(dǎo)的過程。

結(jié)語：

溫度作用對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的影響很為關(guān)鍵，它關(guān)乎到一個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題，并且對(duì)于溫度的熱傳導(dǎo)，也是不穩(wěn)定的，其隨之時(shí)間的變化而改變，但是這中都是有規(guī)律的，通過計(jì)算可以進(jìn)行控制，本文相關(guān)公式以及舉例進(jìn)行的這類溫度作用以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討以及建議，希望對(duì)之后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的幫助。