超長高層建筑結構溫度問題分析

孫蓉莉　潘 宇　贠 航

（中聯西北工程設計研究院有限公司 西安 710082）

超長高層建筑結構溫度問題分析

孫蓉莉潘 宇贠 航

（中聯西北工程設計研究院有限公司 西安 710082）

隨著我國經濟的快速發展，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展。在城市中出現新了許多超長高建筑，這些建筑的修建對修建技術提出了更高的要求，同時超長高建筑結構受溫度的影響較大，因此為了確保超長高建筑結構的穩定，需要對建筑結構受溫度的影響進行分析。

超長高層建筑；結構問題；作用分析

建筑結構都會受到溫度的影響，超長高建筑結構受溫度的影響更為嚴重。本文為了針對超長高層建筑在應用過程中受溫度的影響進行了分析，并提出了兩種解決超長高建筑結構溫度問題的措施，目的在于提高超長高層建筑的穩定性，希望文中內容對促進我國超長高層建筑的發展能夠有所幫助。

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，結構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生變化都會對超長高建筑的結構產生影響[1]。但由于現在超長高建筑普遍采用鋼筋混凝土結構，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構有著重要影響，是標準的建筑結構溫度影響的一種。驟然降溫是指，在超長高建筑的設計、修建、施工過程中，因為冷空氣的突然來襲導致建筑修建地的溫度產生了巨大反差，同年溫差一樣，驟然降溫也會影響建筑結構。日照溫差變化是指在一天內，太陽光會照在超長高建筑結構的不同部位，從而將會引起溫度變化[2]。

1.2作用形式分類

依據作用形式對溫度對建筑結構造成的影響進行分類，可以將溫度分為表里溫差和均勻溫差兩大類。研究表明，建筑結構的溫度在上升過程中并不會對建筑結構產生較大的影響，甚至比溫度下降給建筑結構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，同時也是為了對建筑物耐久性進行充分保證，使房屋建筑各種功能得到滿足的同時，對建筑成本進行最大限度的節約。因此，就必須對房屋建筑的結構進行優化設計，把優化設計的技術全部應用在建筑物各個階段的結構設計過程中，盡可能的使結構設計可行性、合理性得到體現。設計人員只有將優化設計技術更好的應用在建筑物結構設計中，才可以使建筑物的整體質量、性能得到保障，才能夠延長建筑物的使用壽命，使其穩定性得到保障。和使用混凝土構件過程中混凝土構件內外產生了較大溫差，造成這一溫差出現的主要原因是由混凝土材料自身的性質決定的，混凝土材料的導熱性很差，屬于熱的不良導體，因此在施工過程中極易產生內外溫差，當這個溫差過大時，將會導致結構發生變形，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構表面，特別是在混凝土構件表面溫度出現的變化，這一變化使混凝土結構發生較為嚴重的變形，從而引起混凝土結構出現裂縫[4]。

2　解決超長高建筑結構溫度問題的措施

2.1微膨脹技術

微膨脹技術在混凝土結構中的應用對解決超長高建筑結構受溫度的影響有著重要作用。為膨脹混凝土是在后澆帶內加入一定量的膨脹劑，通過混凝土膨脹從而在其內部形成預壓應力，這一預壓應力可以抵消混凝土因為在收縮過程中而形成的拉應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度以及對收縮應力的抵抗，具有延緩或降低混凝土結構在施工和使用中出現裂縫的可能性[5]。通過對微膨脹混凝土技術的應用可以實現超長高層建筑中使用的混凝土結構的無縫設計。但從目前的技術和材料來看，并不能無限的延長混凝土結構，通常情況下混凝土結構的長度最長不會超過160m，超過160m即使對微膨脹混凝土技術進行應用，也無法確保達到完全補償收縮能力的目的，只能實現部分補償。而且，混凝土微膨脹技術在超長高建筑中混凝土結構中的應用，隨著時間的推移其膨脹能力將會逐漸減緩，這也是混凝土結構收縮效應的一種表現。

科技的高速發展也加快了建筑材料的發展，膨脹劑的種類也越來越多，不同廠家生產的膨脹劑的質量參數也存在較大差異，產品的選取需要與建筑結構的設計相符，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與施工現場使用的大型攪拌機之間存在較大差距，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常會在50℃以上，有時候甚至會在90℃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進行應用時，一定要注重對膨脹劑的選擇，降低超長高建筑結構受溫度的影響，提高建筑質量。

2.2無黏結預應力技術

為了使混凝土微膨脹技術中存在的缺陷進行克服，減少收縮應力，使混凝土能夠具有一定的預應壓力，在超長高層建筑中的超長設計中適當的使用粘結預應力技術。預應力技術在解決超長結構對溫度影響的原理如下：結構成型時，在結構長度方向建立相應的預壓應變和軸線預壓應力，從而克服建筑結構因為混凝土收縮和季節變換降溫而導致的收縮變形，抵消部分或全部拉應力，限制混凝土裂縫的寬度，或避免混凝土出現裂縫。

目前，分析預應力對結構的影響，國內外普遍采用“等效荷載法”。“等效荷載法”的應用，為分析預應力結構提供了極大方便。等效荷載就是將預應力筋對受彎構件的作用作為等效荷載進行處理，將此等效荷載視為外荷載施加于受彎構件上便計算出構件產生的預應力效應，此時的預應力效應與外載效應進行疊加，這也就構成了雙重作用下的最終效應。在研究過程中，預應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構錨固區[6]。②由預應力筋曲率引起的垂直于線束中心線的橫向分布力，或通過預應力筋轉折而產生的集中力，此橫向力可以是作用在混凝土結構上的外荷載直接抵消掉，因此也被稱為反向荷載。

預應力筋在張拉過程中會引起結構變形和內力的變化，在研究過程中可以通過等效荷載進行計算。在研究過程中如果通過等效荷載對結構中的彎矩進行計算，計算結果包含了因為偏心預加力所引主彎矩以及有支座此反力而引起的次彎矩。因此，預應力產生的總彎矩為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，這為解決超高層結構受溫度的影響提供了數據支持。

3　結束語

綜上所述，科技的高速發展，使我國的建筑行業也到快速進步，近幾年我國的建筑行業正朝著“長、高”方向不斷發展，這極大的推動了建筑行業的經濟增長。超長高層建筑作為建筑行業的一種新型產物，因為自身的獨特性質受到了業內人生的廣泛關注。但由于超長高層建筑在施工和后期的應用過程中受溫度的影響較大，經常會因為溫度的作用導致結構出現裂縫和變形等問題，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.超長高層建筑結構溫度作用計算工況探討[J].鄭州大學學報（工學版），2003，03：37～40.

[2]馬向峰.對于大空間框架結構的溫度應力問題的思考[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構溫度應力分析與設計[J].建筑技術開發，2013，11：11～17.

[4]肖從真，王翠坤，黃小坤.中國建筑科學研究院高層建筑結構研究發展與展望[J].建筑科學，2013，11：11～21.

[5]李男.淺析高層建筑結構計算中應注意的若干問題[J].電子制作，2013，21：78.

[6]李慧，謝文清，杜永峰，李萬潤.某超長隔震結構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，主要從事結構設計工作。

潘宇（1983-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事結構設計工作。

贠航（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事結構設計工作。