解决超长高层建筑温度应力的技术措施

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论文摘要

  21世纪以后,国内建筑大多朝着“高、大、长”三个主流方向发展,实现了高层、超高层、超长高层建筑的建设。理论上来说,由于受天气与温度的影响,现代建筑结构越长,因温度引起的收缩变形就越大,结构内部受到的变形约束力也随之变得越大,久而久之就会造成建筑结构开裂,给工程质量造成影响。这就是我们在生活中常说的温度及收缩裂缝。下面结合超长高层建筑结构施工实际,对温度作用所造成的建筑裂缝原因作详细分析。

  一、温度对建筑结构造成的影响
  
  分析现代高层和超长高层建筑裂缝产生的原因,发现温度影响是其裂缝产生的一个重要因素。从建筑结构的整体性来看,超长高层建筑结构具有两个不好的特点,一是在建筑施工期间,如果连续浇筑混凝土构件,混凝土构件内部可能会因为水泥水化热影响而产生巨大应力,导致超长混凝土结构产生裂缝;二是混凝土构件外部环境温度变化过大后,极有可能造成混凝土构件产生热胀冷缩效应,从而使得混凝土构件表面出现不均匀变形,变形受到约束后就会出现构件开裂。从这两个方面来看,不管是建筑混凝土构件浇筑时的水化热,还是外界环境温度的变化,建筑结构内外温度一旦变化过大,必然都会对建筑结构产生影响,致使结构裂缝产生。

  二、温度类型
  
  上段内容论述了温度对建筑结构的影响,现结合建筑施工实际,探讨超长高层建筑施工中遇到的不同温度类型,详细如下。

  1、地理条件分类
  工程结构所处的地理位置和地理环境不同,结构受到的自然天气变化影响也就不同。笼统来说,处于自然界的建筑工程及建筑结构可能会受到地理位置、地形条件、天气气温变化、太阳辐射、雨、空气等诸多因素的影响,这些因素中任意一个因素发生变化,建筑结构性能都会受到一定影响。但考虑到国内大多数建筑工程都是以钢筋混凝土结构为主,采用混凝土材料施工、搭建起来的,所以它们在自然天气条件下所受到的温度影响主要包括三种,分别为年温温差影响、骤然降温影响以及日照温度变化影响。在这三种温度类型中,年温温差是指年度温度变化,该类温差对建筑物结构有一定影响,是标准的建筑结构温度作用类型:骤然降温影响是指在建筑结构设计、施工以及使用过程中,因自然界强冷空气突然侵袭,和原本的日落形成强烈反差的一种温度变化,与年温温差一样,该类型的温度变化因素也会对建筑结构产生影响;最后日照温度变化主要指在一天时间内,太阳照射在建筑结构表面不同部位所引起的温度变化。

  2、作用形式分类
  如果按照温度的作用形式来对影响建筑结构的温度进行分类,可将其分为均匀温差、表里温差两大类。鉴于温度升降中升温对建筑结构的影响并不大,甚至比降温影响要小上许多倍,所以本文在这里只对降温影响作详细论述。所谓的均匀温差是指建筑结构表面,尤其是混凝土构件截面所感受到的温度变化,它的存在会导致混凝土结构发生变形,促使建筑贯穿裂缝产生后者表里温差是指混凝土构件在浇筑或使用过程中,构件内外所产生的温度差,而这一温差产生的原因主要在于混凝土材料的性质,由于混凝土材料属于热的不良导体,所以施工应用过程中很容易产生内外温差,引发结构变形。上段内容中提到的日照温差实际就是一种表里温差。

  二、温度应力的特点
  
  一是它与一般的荷载应力不同。基本上应力和应变不再符合简单的虎克定律关系,即出现应变大而应力小,应变小而应力大的情况。二是因混凝土结构的温度分布是瞬时变化的,所以在结构中的温度应力也是瞬时变化的,具有明显的时间性。

  三是由于混凝土结构的温度荷载沿壁板厚度方向的非线性分布,故截面上温度应力分布具有明显的非线性特征。

  三、解决超长高层建筑温度应力的技术措施
  
  参考国内外近几年来一些有关温度作用的工程设计和科研成果,可将超长结构温度作用的处理方法概括为“抗”、“放”、“调”三种方式。

  “抗”是通过提高混凝土的强度、提高钢筋混凝土的配筋率达到提高结构混凝土的极限抗拉、抗压应变,采用补偿收缩混凝土,以预压应力抵消结构混凝土工作时的受拉变形,加强结构受温度作用影响较大的部位。“抗”的主要措施有在结构设计时选择的结构布置形式、合理确定结构承受的温差作用、选用高强材料,采用专门的预应力措施、使用添加剂减小混凝土温度的变化和收缩、设保温层等。

  “放”是按规范的要求,通过设置永久性伸缩缝减小结构混凝土温度应力的影响范围,使结构在较小的范围内任其变形。“放”的主要措施有设置伸缩缝、层问橡胶支座使构件变柔等。

  “调”是“抗”、“放”两种方法的综合应用。通过混凝土配合比设计和材料选用、外加剂掺人、合理留置施工缝和施工期间临时的温度缝(通常称为后浇带)以及在施工时控制混凝土后期干缩量;采用混凝土低温人模、低温养护,尽量降低混凝土终凝时温度,减少水化热和收缩:充分掌握混凝土的浇灌振捣技术及振捣时间;墙、梁构件应分层散热浇灌;在温度应力较大部位合理配置预应力钢筋同时加强薄弱部位。此外还可以通过支撑及边界处理,减小结构构件的约束变形。

  四、结束语
  
  综上所述,近几年我国建筑事业发展、进步得更加迅速,建筑结构形式不断朝着:“高、大长”方向发展,有力推动了建筑行业经济的增长。超长高层建筑作为新时代下的建筑产物,因其具有着其他建筑所没有的独特性质,所以得到了业内人士的广泛关注。但由于该类型建筑物在施工使用过程中容易受温度影响,导致建筑结构出现开裂、变形等问题,所以必须及时采取措施加以解决,控制好温度对超长高层建筑结构的影响,确保工程的使用安全。

  参考文献:

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