浅谈温度应力对超长混凝土结构的影响

浅谈温度应力对超长混凝土结构的影响

摘要：近十几年来，随着我国经济的快速发展，人民对建筑的外观及使用功能更高的要求，在建筑过程中，出现了越来越多的平面超长的结构，而根据国家结构的相关规范，平面尺寸超过55m即需要设置伸缩缝，如果严格按照规范要求对所有超长建筑设置伸缩缝，将会在很长程度上影响建筑美观及功能使用。而不设置伸缩缝，在温度效应的作用下，产生较大的温度收缩裂缝，从而影响建筑的使用年限。因此从实际角度出发，需要我们结构工程师在结构设计上，解决不设伸缩缝而带来的减少建筑使用年限问题，进而满足超长建筑的功能使用需求。

关键字：钢筋混凝土，超长建筑，温度应力，相应措施

中图分类号：TU37 文献标识码： A

为了满足建筑功能的需要，越来越多的超长结构应运而生，不能设置伸缩缝就成为结构工程师的需要面对的重要问题：既要满足建筑的使用功能要求，又要保证结构使用及耐久性。根据温度应力理论及相关资料，对温度应力作用进行初步的分析，并结合工程实践经验做出几点相应的措施。

1 温度裂缝的特点：

混凝土在搅拌时产生水化反应，在水化反应的过程中，混凝土发生干缩，混凝土自身具有热胀冷缩的性质，当把混凝土浇筑入模版中时，因受到模版及钢筋的约束，会在混凝土内部产生收缩裂缝或者温度裂缝。在通常的超长建筑中，多见的是收缩应力与温度应力共同作用而产生的温度裂缝。其特点是早期收缩快，6个月即可完成全部收缩量的90%，

在一年以后趋于稳定，变形极小。收缩的主要部位是底层和顶层。结构的梁板以及外露的挑檐，女儿墙等构件。

2 产生温度作用分析：

建筑工程的温差应包括竖向温差和水平温差效应，而对于高度不高只是平面超长的建筑工程，只考虑水平温差效应即可。从构件来讲，季节和阳光照射而产生的温差分为两类：一类为表面温差，即成为局部温差，另一类为构建中的温差，即整体温差。而局部温差对结构整体影响有限，可不考虑。只考虑由整体温差产生的水平温差 。目前结构荷载规范中提供了月平均最高气温和月平均最低气温（最近30年）。可作为设计依据。地下室由于在地下，温差相对稳定，变形较小，而建筑的底层因为大面积裸露在室外，尤其是施工阶段，建筑没有任何的保温措施，使底层受到地下各层以及地下室外墙和混凝土墙柱的约束而使底层的梁板受拉。

3 温度应力的计算分析

3.1梁：在温差的作用下，建筑物底层的梁产生的轴力最大，纵向轴线越长，其两端梁的轴力越大。随着楼层的不断升高，构件中梁受到建筑底部传来的约束力越来越少，自身变形变大，梁的轴力迅速下降。当到达建筑顶部时，底部传来的约束力已衰减至很小。而前文提到的日照温差即局部温差对梁轴力则相对较小。依据相关资料得出：梁端弯矩的大小主要取决于梁所在楼层的平面布置和构件之间的节点刚度。其中框架梁的梁端弯矩值较大，柱网规则的结构中，梁端弯矩较小且分布均匀。根据资料和工程实践，可以判断温度应力对梁构件的影响集中在建筑的底层。

3.2板：楼板与梁相似，温度应力的分布和发展遵循着相似的规律。底部楼层距离基础

较近（或地下室顶板）楼板内受到框架梁以及剪力墙约束作用非常显著，导致其应力的最大。而不同之处在于楼板的顶部，建筑顶部受到的底部约束作用虽然很小。但由于顶部屋面板上作其用的温差较大，使变形制约作用引起了该处的附加温度应力，从而造成顶部楼板的温度应力也较大。在高层建筑规范中，对顶部楼板要求为楼板厚为120mm，宜为双层双向配筋。其条文解释即为：以抵抗温度应力的不利影响，并可使建筑物顶部约束加强。同时，根据工程经验，在建筑平面布置中，对突变的部位以及与剪力墙交界处都出现了应力突增现象。

3.3剪力墙和柱：剪力墙和柱为结构体系的竖向受力构件，由于建筑竖向不受约束，可使其自由热胀冷缩，由温差引起的柱轴力较小，柱子的内力变化主要发生在底部的边柱弯矩变大。建筑中剪力墙布置限制了结构梁板的水平变形，增大了剪力墙周围梁板的温度应力。

4 减少温度应力的措施

设置后浇带：在钢筋混凝土设计与施工规程中，提及的后浇带措施，是目前设计人员最常用到的方法。利用混凝土早期收缩量大的特征，采用“以放为主”的设计思路，通过释放早期混凝土收缩应力，减少温度收缩应力产生的变形。在不少的资料介绍中，都重点说明，如果设计施工处理不好，不仅起不到减少裂缝的作用，对结构设计还会留下隐患因此常规的做法可以参看一下几点：

间距：规范要求30~40m。实际距离应考虑气候环境，30m左右为宜。

位置：宜布置在小跨梁内或受力较小的部位，通常可在梁跨l／3处；平面布置时，需梁的布置宜平行于后浇带。尽量沿平面直线通过。

宽度：规程规定800～1000mm。预留的宽度应该满足钢筋错开搭接的要求。

钢筋：目前对后浇带内梁纵向钢筋处理有两种做法：第一种：梁板钢筋均断开后搭接(规程要求)，但由于梁钢筋搭焊接处理筋多截面小，操作困难，质量不易保证，正常施工不使用。 第二种：板钢筋断开，梁钢筋直通不断。目前施工较多使用，但梁主筋不断，钢筋数量较多时，如全部不断开，会约束混凝土收缩，达不到预期效果。

浇筑时间：在高层建筑规程的规格要求中，宜在两个月后且补浇筑后浇带混凝土时的温度，宜低于主体混凝土浇筑时的温度。由于混凝土早期收缩量最大， 2个月内约占65％～75％；半年内约占80％～90％，故应保证两个月后浇筑。4.2控制温度应力的收缩（一）运用建筑方法，加强屋面保温隔热措施，采用高效保温材料，控制室内外温差过大

（二）前文提及的屋面板、外露的挑檐，女儿墙等外露现浇板(含施工时期结构主体暴露室外时间较长的室内现浇楼板)以及板跨度过大且双向连续板等温度应力较大的板，均应在楼板 (即板的受压区或者成为上皮)配置钢筋直径不小于ф6的双向钢筋网片，钢筋间距宜为150~200mm，板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均为不宜小于0.1％。

(三)框架梁高度大于600mm(梁的腹板大于450mm)处均设置不小于2ф12腰筋。腰筋间距不应大于200mm，每侧腰筋配筋率不宜小于腹板截面面积bh的0.1％。

(四)外露的挑檐，女儿墙等，每隔15～20m设置一道20mm温度伸缩缝。

5 结论

温度应力引起的裂缝在北方地区的超长混凝土结构中较普遍，由于该裂缝的危害性及

国家规范的局限性，设计人员应自身予以足够重视。本文从设计角度浅析了混凝土收缩和温度应力的特性、影响因素，以帮助设计人员建立起最基本的概念，使其可以针对性地结合具体工程特点，来进行考虑防止和减轻温度应力的预控措施。设置后浇带以及抵抗温度应力的综合措施为：注重结构设计，对裂缝采取“放”、“防”、“抗”等相结合的措施，此方法对防止和减轻温度应力裂缝比较有效，但如何通过进一步的定量计算及试验验证，尚需做深入细致的工作，具体工程在采用何种措施时应根据其各自特点，并结合地区抗震设防等级要求综合考虑。

参考文献：

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