孫蓉莉　潘 宇　贠 航

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 西安 710082）

超長(zhǎng)高層建筑結(jié)構(gòu)溫度問題分析

孫蓉莉潘 宇贠 航

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 西安 710082）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)民對(duì)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(fā)展。在城市中出現(xiàn)新了許多超長(zhǎng)高建筑，這些建筑的修建對(duì)修建技術(shù)提出了更高的要求，同時(shí)超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響較大，因此為了確保超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響進(jìn)行分析。

超長(zhǎng)高層建筑；結(jié)構(gòu)問題；作用分析

建筑結(jié)構(gòu)都會(huì)受到溫度的影響，超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響更為嚴(yán)重。本文為了針對(duì)超長(zhǎng)高層建筑在應(yīng)用過程中受溫度的影響進(jìn)行了分析，并提出了兩種解決超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)溫度問題的措施，目的在于提高超長(zhǎng)高層建筑的穩(wěn)定性，希望文中內(nèi)容對(duì)促進(jìn)我國(guó)超長(zhǎng)高層建筑的發(fā)展能夠有所幫助。

1　溫度的類型

1.1地理?xiàng)l件分類

超長(zhǎng)高層建筑所處地理位置不同，結(jié)構(gòu)受到的自然天氣變化的影響也會(huì)有所不同。建筑工程可能會(huì)受到天氣變化、地形條件、太陽(yáng)輻射等多方面因素的影響。這些因素中的任意一種發(fā)生變化都會(huì)對(duì)超長(zhǎng)高建筑的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[1]。但由于現(xiàn)在超長(zhǎng)高建筑普遍采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(duì)超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)有著重要影響，是標(biāo)準(zhǔn)的建筑結(jié)構(gòu)溫度影響的一種。驟然降溫是指，在超長(zhǎng)高建筑的設(shè)計(jì)、修建、施工過程中，因?yàn)槔淇諝獾耐蝗粊硪u導(dǎo)致建筑修建地的溫度產(chǎn)生了巨大反差，同年溫差一樣，驟然降溫也會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)。日照溫差變化是指在一天內(nèi)，太陽(yáng)光會(huì)照在超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)的不同部位，從而將會(huì)引起溫度變化[2]。

1.2作用形式分類

依據(jù)作用形式對(duì)溫度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)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(jié)構(gòu)的溫度在上升過程中并不會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，甚至比溫度下降給建筑結(jié)構(gòu)造成的影響小上許多倍，因此在研究上針對(duì)降溫對(duì)超長(zhǎng)高建筑的影響進(jìn)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(shí)現(xiàn)，同時(shí)也是為了對(duì)建筑物耐久性進(jìn)行充分保證，使房屋建筑各種功能得到滿足的同時(shí)，對(duì)建筑成本進(jìn)行最大限度的節(jié)約。因此，就必須對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，把優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)全部應(yīng)用在建筑物各個(gè)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，盡可能的使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可行性、合理性得到體現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員只有將優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)更好的應(yīng)用在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，才可以使建筑物的整體質(zhì)量、性能得到保障，才能夠延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，使其穩(wěn)定性得到保障。和使用混凝土構(gòu)件過程中混凝土構(gòu)件內(nèi)外產(chǎn)生了較大溫差，造成這一溫差出現(xiàn)的主要原因是由混凝土材料自身的性質(zhì)決定的，混凝土材料的導(dǎo)熱性很差，屬于熱的不良導(dǎo)體，因此在施工過程中極易產(chǎn)生內(nèi)外溫差，當(dāng)這個(gè)溫差過大時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)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(jié)構(gòu)表面，特別是在混凝土構(gòu)件表面溫度出現(xiàn)的變化，這一變化使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生較為嚴(yán)重的變形，從而引起混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫[4]。

2　解決超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)溫度問題的措施

2.1微膨脹技術(shù)

微膨脹技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用對(duì)解決超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響有著重要作用。為膨脹混凝土是在后澆帶內(nèi)加入一定量的膨脹劑，通過混凝土膨脹從而在其內(nèi)部形成預(yù)壓應(yīng)力，這一預(yù)壓應(yīng)力可以抵消混凝土因?yàn)樵谑湛s過程中而形成的拉應(yīng)力中的一部分或全部，同時(shí)因?yàn)槠渑蛎涀饔脤?duì)混凝土的收縮時(shí)間起到了一定的推遲作用，從而提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度以及對(duì)收縮應(yīng)力的抵抗，具有延緩或降低混凝土結(jié)構(gòu)在施工和使用中出現(xiàn)裂縫的可能性[5]。通過對(duì)微膨脹混凝土技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)高層建筑中使用的混凝土結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計(jì)。但從目前的技術(shù)和材料來看，并不能無限的延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，通常情況下混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度最長(zhǎng)不會(huì)超過160m，超過160m即使對(duì)微膨脹混凝土技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，也無法確保達(dá)到完全補(bǔ)償收縮能力的目的，只能實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償。而且，混凝土微膨脹技術(shù)在超長(zhǎng)高建筑中混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，隨著時(shí)間的推移其膨脹能力將會(huì)逐漸減緩，這也是混凝土結(jié)構(gòu)收縮效應(yīng)的一種表現(xiàn)。

科技的高速發(fā)展也加快了建筑材料的發(fā)展，膨脹劑的種類也越來越多，不同廠家生產(chǎn)的膨脹劑的質(zhì)量參數(shù)也存在較大差異，產(chǎn)品的選取需要與建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相符，一般情況下材料的測(cè)試以及配合比需要通過實(shí)驗(yàn)室確定，但由于實(shí)驗(yàn)室中的使用的小攪拌機(jī)與施工現(xiàn)場(chǎng)使用的大型攪拌機(jī)之間存在較大差距，而且實(shí)驗(yàn)室中使用的水泥長(zhǎng)時(shí)間的放置在室溫下，而工程中使用的水泥經(jīng)常會(huì)在50℃以上，有時(shí)候甚至?xí)?0℃以上，這也給在施工過程中對(duì)膨脹劑的選擇造成了很大麻煩，因此在對(duì)微膨脹混凝土技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，一定要注重對(duì)膨脹劑的選擇，降低超長(zhǎng)高建筑結(jié)構(gòu)受溫度的影響，提高建筑質(zhì)量。

2.2無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)

為了使混凝土微膨脹技術(shù)中存在的缺陷進(jìn)行克服，減少收縮應(yīng)力，使混凝土能夠具有一定的預(yù)應(yīng)壓力，在超長(zhǎng)高層建筑中的超長(zhǎng)設(shè)計(jì)中適當(dāng)?shù)氖褂谜辰Y(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在解決超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)溫度影響的原理如下：結(jié)構(gòu)成型時(shí)，在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向建立相應(yīng)的預(yù)壓應(yīng)變和軸線預(yù)壓應(yīng)力，從而克服建筑結(jié)構(gòu)因?yàn)榛炷潦湛s和季節(jié)變換降溫而導(dǎo)致的收縮變形，抵消部分或全部拉應(yīng)力，限制混凝土裂縫的寬度，或避免混凝土出現(xiàn)裂縫。

目前，分析預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，國(guó)內(nèi)外普遍采用“等效荷載法”?！暗刃Ш奢d法”的應(yīng)用，為分析預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)提供了極大方便。等效荷載就是將預(yù)應(yīng)力筋對(duì)受彎構(gòu)件的作用作為等效荷載進(jìn)行處理，將此等效荷載視為外荷載施加于受彎構(gòu)件上便計(jì)算出構(gòu)件產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，此時(shí)的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)與外載效應(yīng)進(jìn)行疊加，這也就構(gòu)成了雙重作用下的最終效應(yīng)。在研究過程中，預(yù)應(yīng)力筋可對(duì)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(jié)構(gòu)錨固區(qū)[6]。②由預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)折而產(chǎn)生的集中力，此橫向力可以是作用在混凝土結(jié)構(gòu)上的外荷載直接抵消掉，因此也被稱為反向荷載。

預(yù)應(yīng)力筋在張拉過程中會(huì)引起結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的變化，在研究過程中可以通過等效荷載進(jìn)行計(jì)算。在研究過程中如果通過等效荷載對(duì)結(jié)構(gòu)中的彎矩進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果包含了因?yàn)槠念A(yù)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(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的總彎矩為Mp，而主彎矩為M1，通過簡(jiǎn)單的計(jì)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(jié)構(gòu)受溫度的影響提供了數(shù)據(jù)支持。

3　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，科技的高速發(fā)展，使我國(guó)的建筑行業(yè)也到快速進(jìn)步，近幾年我國(guó)的建筑行業(yè)正朝著“長(zhǎng)、高”方向不斷發(fā)展，這極大的推動(dòng)了建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。超長(zhǎng)高層建筑作為建筑行業(yè)的一種新型產(chǎn)物，因?yàn)樽陨淼莫?dú)特性質(zhì)受到了業(yè)內(nèi)人生的廣泛關(guān)注。但由于超長(zhǎng)高層建筑在施工和后期的應(yīng)用過程中受溫度的影響較大，經(jīng)常會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖饔脤?dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫和變形等問題，因此在超長(zhǎng)高層建筑施工中需要采取合理的措施控制好溫度對(duì)其造成的影響，延長(zhǎng)工程壽命。

[1]趙娟，陳淮，李天.超長(zhǎng)高層建筑結(jié)構(gòu)溫度作用計(jì)算工況探討[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2003，03：37～40.

[2]馬向峰.對(duì)于大空間框架結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)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(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析與設(shè)計(jì)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2013，11：11～17.

[4]肖從真，王翠坤，黃小坤.中國(guó)建筑科學(xué)研究院高層建筑結(jié)構(gòu)研究發(fā)展與展望[J].建筑科學(xué)，2013，11：11～21.

[5]李男.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)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(wàn)潤(rùn).某超長(zhǎng)隔震結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

潘宇（1983-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

贠航（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。