鋼筋混凝土建筑結構溫度變形及施工質量控制

馬曉暉

（方遠建設集團股份有限公司，浙江 臺州 318000）

隨著高層建筑的日益發展，溫度應力問題已引起國內外工程界的關注與重視。在房屋的長度方向，房屋長度越長，樓板等縱向連續構件由溫度變化引起的長度改變就越大。要溫度應力達到并超過混凝土的抗拉強度，裂縫的出現將給結構的強度、剛度帶來危害，當溫度荷載足夠大時，最終將導致結構的破壞。因此研究分析混凝土結構的溫度應力與溫度荷載對控制混凝土結構的裂縫和變形是十分重要的。在結構設計中對溫度應力與變形能較為準確地考慮并采取措施減少影響，以確保結構安全可靠，具有重要的工程意義。

1 鋼筋混凝土建筑結構溫度變形的原因

1.1 高層建筑跨季節施工因氣溫變化而引起的溫度效應（主要產生年溫度荷載）高層建筑由于工程量大往往施工工期較長，需要跨季節跨年度施工。因為不同季節的氣溫有所變化，有的地區夏季和冬季室外溫差達50℃，整個施工期間建筑物都暴露在自然環境中，這時，結構構件的溫度就與該構件在混凝土澆筑時的溫度有較大的溫差。于是，構件發生溫差變形，而結構受到基礎和地基的約束，構件之間亦互相約束，從而迫使各構件不能自由變形，這樣就產生了溫度內力。

1.2 建成使用后，由于室內外溫差而引起的溫度效應（主要產生日照溫度荷載和驟然降溫溫度荷載）現代高層建筑往往使柱子（或墻）外露，而建筑物內又均設空調。外露柱（或墻）長期經受外界氣溫和日輻射等作用，其溫度隨外界環境的不同而變化，建筑物的屋面溫度也隨外界環境的不同而變化，但室內則經常保持常溫狀態，這樣室內外就可能形成較大的溫差，使整個結構的內外各部分處于不同的溫度狀態中。如果構件尺寸可以無約束地自由變化，那么構件內就不會產生任何應力，但如果構件受到各種不同形式的約束，那么構件內便會產生內力和變形，混凝土結構甚至還會出現裂縫。溫度內力會使構件的承載能力降低；溫度變形會使房屋的側移增大，樓面發生翹曲，尤以頂層為甚。此外，還會對隔墻、裝修、服務設施等產生不利的影響。

2 溫度變形及溫度內力對結構的影響

2.1 溫度變化所引起的附加內力

溫度變化使結構引起的附加內力，可以概括如下：（l）在施工過程中由于溫度的變化，在底層柱中引起的附加剪力和附加彎矩最大；（2）由于內外整體溫差會導致結構橫梁中產生附加剪力和附加彎矩，在頂部的樓層部位較為突出；（3）內外整體溫差同樣會導致在外柱中產生附加軸向力，在底層柱中最為明顯，數值最大；（4）由于局部溫差，即外柱的內外表明間有溫度梯度，外柱還將產生附加彎矩:（5）結構屋頂受日曬的影響，會使頂部樓層的柱中產生附加剪力和附加彎矩。

2.2 溫度變化給使用方面帶來的問題

溫度變化給使用方面帶來的問題有：（1）有內外整體溫差，使柱伸長或縮短，從而引起內外豎向構件在長度上的差異，導致樓面結構的內外邊緣發生不同的位移值。這種相對位移值，在結構的頂層附近最大，向下則逐漸減小。若次相對位移值超過其允許極限值，就可能引起上部各層中隔墻的開裂。（2）由于角柱、邊柱和內部各豎向構件的豎向變形不一致，將導致樓板翹曲，尤以頂層為甚。當這種翹曲比較大時，會在樓板的角部出現裂縫。（3）屋頂受到太陽的輻射，雖然有隔熱層，但其溫度場與室內各層樓板的溫度場仍有差別，因此相互間將引起變形差。由于頂層和下一層樓板間的變形差，在頂層柱（或墻）中將引起附加剪力和附加彎矩。若在該層角部的墻體上還有洞口，則在該洞口的角部，由于應力集中，會因其主拉應力超過該墻體材料的抗拉強度而產生45°的斜裂縫。

3 減小或控制溫度效應的對策

3.1 適應結構溫度變形和內力的措施

在高層建筑中，由于溫度變形而引起隔墻開裂，似乎是個主要問題。若隔墻的構造未考慮由于豎向構件間的溫差所引起的樓面豎向位移，那么，由于這個位移產生的剪力可能會引起隔墻的損壞。因此，應該對高層結構上部樓層的隔墻作相應的構造措施，使其本身不至于因為結構的溫度變位而產生應力。若把隔墻從框架中脫開一些，就可有效防止隔墻開裂。此外，若隔墻的門洞一直開至天花板，就可在裂縫出現的常見部位消除裂縫。要適應結構中由于溫度變化而產生的內力，應該對結構底部和頂部樓層的構件采取相應的加強措施，提高這些部位構件的配筋率。

3.2 控制結構溫度變形和內力的措施

（1）設法減小豎向構件的斷面或增大橫梁斷面及配筋，可減小豎向構件間因溫差引起的相對變形；（2）設剛性加強層可在一定程度上調整豎向構件間的不均勻變形；（3）澆筑注意事項：1）安排項目部施工技術人員，分晝夜兩班，24h連續作業，每班值班人員必須全部到位，進行旁站監督做好記錄，交接班時進行口頭、書面結合交代。2）對大梁、梁底柱進行明顯標識，確保梁柱等鋼筋密集處的混凝土澆筑質量，澆筑柱混凝土時，派人到下面層對模板進行敲擊檢查，保證混凝土澆筑密實。3）進場的混凝土隨時檢查坍落度，保證混凝土輸送順暢?；炷恋臏y溫：設專人檢測混凝土表面溫度與結構中心溫度，測溫時間為前5d每隔4h測1次，5d后8h測1次，嚴格控制混凝土內外溫差≤25℃，由于本工程利用排出的熱循環水進行蓄水保溫，使混凝土不受外界溫差的影響。設置專人養護，養護時間不小于14d。當前，溫度監測可以迅速反饋結構的溫度實況，人們也是通過控制溫度來防止結構開裂。但從混凝土結構的開裂機理來看，混凝土之所以開裂，是由于混凝土的應力超過了其抗拉強度所致。因此，如果能直接監測混凝土結構的應力狀況，讓人們通過控制結構應力來防止結構開裂，這將顯得更為直觀。（4）當房屋長度超過一定限值時，就應設置伸縮縫。伸縮縫通常采用設置雙墻或雙柱的構造，將上部結構斷開，分成獨立的溫度區段，使結構可以自由伸縮。但永久性伸縮縫的設置會造成多用材料、構造復雜、施工困難等，又對抗震、防水不利，也影響建筑立面；（5）當建筑物過長時，在適當距離選擇對結構無嚴重影響的位置設置后澆縫，在條件合適的時候可用后澆縫與增配鋼筋的方法來代替伸縮縫。后澆縫代替伸縮縫是先放后抗，放抗兼施的辦法。但后澆縫只能解決混凝土結硬時的收縮應力，并不能解決溫度應力；（6）在混凝土攪拌過程中，添加少量化學添加劑，補償混凝土收縮，堵塞毛細孔，也是常用的方法。但化學添加劑不能完全解決后期溫度變化引起的內力；（7）在溫度變化劇烈的地方采用一些保溫隔熱材料，減小溫度變化引起的溫度應力。高層建筑的技術層也應注意保溫、隔熱，避免該層過分通風，與其上下層間產生較大的溫差引起溫度應力：（8）對結構頂部樓層的橫梁由剛接改為鉸接，可有效地釋放溫度內力。（9）養護。遇到中午、夜晚溫差較大時（7月～9月），為保證混凝土施工質量，控制溫度裂縫的產生，采取蓄水養護，養護深度常取30cm。蓄水前，采取先蓋一層塑料薄膜，一層草袋，進行保濕臨時養護，待混凝土終凝后，砌筑分格擋水墻，開始分層蓄水養護。

4 結語

總之，本文就鋼筋混凝土高層建筑結構的溫度變形和溫度內力作了一些探討，初步得出了高層建筑結構中溫度變形和溫度內力的規律，并據此提出了減小或控制結構中溫度效應的對策。

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