溫度作用與結構設計

文/陳金祥、潘浩亮 湖州市城市規劃設計研究院 浙江湖州 313000

1、混凝土結構的溫度作用及控制

在建筑施工中，所有的混凝土關乎到幾乎所有的結構設計，因為結構設計大部分都是由混凝土構成，而溫度對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裂縫。

1.1 混凝土結構溫度控制措施

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構，并且相對比較厚，通常都有二到三米的厚度，而這就會被溫度的影響無限放大，造成很多的因為溫差過大以及對于成型的養護不當等等原因的溫度裂縫，這類的溫度裂縫問題很為嚴重，地板裂縫會造成地下滲水的現象，并且會造成結構不穩定的問題。因此得很為重視。

對于結構是否出現溫度裂縫的判斷以及對于其的溫度控制，就需要對其進行溫度的計算，通過計算的到具體的數據后進行相關的控制，并且根據有關測試以及多年的現場施工經驗發現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出現溫度裂縫的，防止這類溫度裂縫的措施通常是在混凝土初步凝固后進行表面的一個薄膜的覆蓋，并且在其上再次進行一個草袋的覆蓋以此隔熱保溫，通常在城市公路上用到的很多。對于溫度的檢測還有對混凝土的內部進行一個溫度的檢測，然后觀察內部溫度以及表面溫度的差別，通過這樣來及時對結構進行調整以及養護。

1.2 溫度作用造成的結構裂縫

溫度作用會造成的裂縫會有很多的種類。其中發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，就是因為混凝土結構的內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部結構與其表面的溫差過大。因為目前的建筑都是以混凝土一次性澆筑成型的，因此對于內部的混凝土水化熱很難散發出去，但是表面的結構很容易散熱，這樣溫差就產品了，因此形成溫度裂縫。

2、環境溫度取值

2.1 環境溫度的組成

關于建筑物的環境溫度的構成就是空氣的溫度外加太陽照射在建筑物面層的溫度，其中空氣溫度對于建筑面層來說，其是一個區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，對于空氣溫度的變化周期可以看成一個不會被時間所干擾的穩定的溫度場，而太陽照射建筑物面層所形成的溫度場則是一個隨時間的變化而改變的不穩定的溫度場。

這個穩定的溫度場的變化有很多，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月的平均溫度，還可以是日則是一天內的平均溫度。

而不穩定的溫度場則是與之對應周期的最高溫度和最低溫度的極差。如果把這個不穩定的溫度場用傅里葉級數進行解釋的話，則可以完全的解釋出這一不穩定的溫場變化。(1)波幅的衰減系數等于e－根號下a（材料的導溫系數平方米每小時）t的x次平方分之π，（2）波傳導的延遲時間等于二分之一x（離物體表面的距離米）根號下aπ分之t（波動周期小時）通過之上的兩個公式便可得出不穩定的溫度場的周期變化，這個溫度的影響強度隨距離的增加而減小，并且強度持續的時間也是有一定的延遲，這就說明了在外的溫度達到最高的時候，其結構內部的溫度其實沒有達到最高，而在結構內部的溫度達到了最高的時候，而面層的溫度確是早就已經降了下來。這類溫度的波動很大，因此抽取溫度的方式對其是不準確的，對其的檢測方式最為合適的便是把周期縮短，這樣就可以很為準確可靠的進行測控，所以以日作為溫度周期是最為穩妥的。

2.3 環境溫度的取值

在環境溫度的取值中，通常采用的方法是室外的溫度選擇三十年內夏季出現最高的日平均溫度和三十年內冬季出現最低的日平均溫度，并且在使用的過程時，夏季選用空調的設計溫度，而冬季便是選用采暖溫度，然后通過計算得出太陽的輻射溫度的平均的數值，而結構的初始溫度則是選擇環境的空氣溫度。

3、桿端約束內力

對于桿端約束內力來說，不穩定的溫度場在對于傳導過程之中，溫度的波幅以及傳導的速度都是不夠的。不過在建筑物的保護結構中，都是經過了抗熱設計的，也就是說都有很強的熱阻性，因此對于不穩定的溫度場的影響度是可以忽略不計的，也就是說在現場的施工時，采用熱阻的保護結構則可以直接考慮空氣溫度則已。

在我國的建筑施工設計中，建筑結構通常的都是以梁柱墻以及樓板等等構成，在沒有內部的熱源進行導熱的時候，相對較薄的墻以及板都是比較穩定的溫度，其只能是順著厚的方向進行溫度的改變，梁柱則是以中軸向外進行改變。

4、界面溫度

對于建筑結構的面層溫度，在一般的情況下，就是每個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。然后了解每個材料的層次溫度后再根據環境的溫度從而得以經過多層材料傳熱后的面層溫度。

5、舉例

在一個建筑物的夏季屋外的環境空氣溫度是三十六點九攝氏度，而屋內的空調的設計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。通過相關的計算后，屋表面的各個界面溫度可以如下：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，最終界面溫度三十攝氏度，內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的過程。

結語：

溫度作用對于混凝土結構的影響很為關鍵，它關乎到一個結構的質量問題，并且對于溫度的熱傳導，也是不穩定的，其隨之時間的變化而改變，但是這中都是有規律的，通過計算可以進行控制，本文相關公式以及舉例進行的這類溫度作用以及結構設計的探討以及建議，希望對之后的結構設計有一定的幫助。