钢筋混凝土建筑结构温度变形及施工质量控制

马晓晖

（方远建设集团股份有限公司，浙江 台州 318000）

随着高层建筑的日益发展，温度应力问题已引起国内外工程界的关注与重视。在房屋的长度方向，房屋长度越长，楼板等纵向连续构件由温度变化引起的长度改变就越大。要温度应力达到并超过混凝土的抗拉强度，裂缝的出现将给结构的强度、刚度带来危害，当温度荷载足够大时，最终将导致结构的破坏。因此研究分析混凝土结构的温度应力与温度荷载对控制混凝土结构的裂缝和变形是十分重要的。在结构设计中对温度应力与变形能较为准确地考虑并采取措施减少影响，以确保结构安全可靠，具有重要的工程意义。

1 钢筋混凝土建筑结构温度变形的原因

1.1 高层建筑跨季节施工因气温变化而引起的温度效应（主要产生年温度荷载）高层建筑由于工程量大往往施工工期较长，需要跨季节跨年度施工。因为不同季节的气温有所变化，有的地区夏季和冬季室外温差达50℃，整个施工期间建筑物都暴露在自然环境中，这时，结构构件的温度就与该构件在混凝土浇筑时的温度有较大的温差。于是，构件发生温差变形，而结构受到基础和地基的约束，构件之间亦互相约束，从而迫使各构件不能自由变形，这样就产生了温度内力。

1.2 建成使用后，由于室内外温差而引起的温度效应（主要产生日照温度荷载和骤然降温温度荷载）现代高层建筑往往使柱子（或墙）外露，而建筑物内又均设空调。外露柱（或墙）长期经受外界气温和日辐射等作用，其温度随外界环境的不同而变化，建筑物的屋面温度也随外界环境的不同而变化，但室内则经常保持常温状态，这样室内外就可能形成较大的温差，使整个结构的内外各部分处于不同的温度状态中。如果构件尺寸可以无约束地自由变化，那么构件内就不会产生任何应力，但如果构件受到各种不同形式的约束，那么构件内便会产生内力和变形，混凝土结构甚至还会出现裂缝。温度内力会使构件的承载能力降低；温度变形会使房屋的侧移增大，楼面发生翘曲，尤以顶层为甚。此外，还会对隔墙、装修、服务设施等产生不利的影响。

2 温度变形及温度内力对结构的影响

2.1 温度变化所引起的附加内力

温度变化使结构引起的附加内力，可以概括如下：（l）在施工过程中由于温度的变化，在底层柱中引起的附加剪力和附加弯矩最大；（2）由于内外整体温差会导致结构横梁中产生附加剪力和附加弯矩，在顶部的楼层部位较为突出；（3）内外整体温差同样会导致在外柱中产生附加轴向力，在底层柱中最为明显，数值最大；（4）由于局部温差，即外柱的内外表明间有温度梯度，外柱还将产生附加弯矩:（5）结构屋顶受日晒的影响，会使顶部楼层的柱中产生附加剪力和附加弯矩。

2.2 温度变化给使用方面带来的问题

温度变化给使用方面带来的问题有：（1）有内外整体温差，使柱伸长或缩短，从而引起内外竖向构件在长度上的差异，导致楼面结构的内外边缘发生不同的位移值。这种相对位移值，在结构的顶层附近最大，向下则逐渐减小。若次相对位移值超过其允许极限值，就可能引起上部各层中隔墙的开裂。（2）由于角柱、边柱和内部各竖向构件的竖向变形不一致，将导致楼板翘曲，尤以顶层为甚。当这种翘曲比较大时，会在楼板的角部出现裂缝。（3）屋顶受到太阳的辐射，虽然有隔热层，但其温度场与室内各层楼板的温度场仍有差别，因此相互间将引起变形差。由于顶层和下一层楼板间的变形差，在顶层柱（或墙）中将引起附加剪力和附加弯矩。若在该层角部的墙体上还有洞口，则在该洞口的角部，由于应力集中，会因其主拉应力超过该墙体材料的抗拉强度而产生45°的斜裂缝。

3 减小或控制温度效应的对策

3.1 适应结构温度变形和内力的措施

在高层建筑中，由于温度变形而引起隔墙开裂，似乎是个主要问题。若隔墙的构造未考虑由于竖向构件间的温差所引起的楼面竖向位移，那么，由于这个位移产生的剪力可能会引起隔墙的损坏。因此，应该对高层结构上部楼层的隔墙作相应的构造措施，使其本身不至于因为结构的温度变位而产生应力。若把隔墙从框架中脱开一些，就可有效防止隔墙开裂。此外，若隔墙的门洞一直开至天花板，就可在裂缝出现的常见部位消除裂缝。要适应结构中由于温度变化而产生的内力，应该对结构底部和顶部楼层的构件采取相应的加强措施，提高这些部位构件的配筋率。

3.2 控制结构温度变形和内力的措施

（1）设法减小竖向构件的断面或增大横梁断面及配筋，可减小竖向构件间因温差引起的相对变形；（2）设刚性加强层可在一定程度上调整竖向构件间的不均匀变形；（3）浇筑注意事项：1）安排项目部施工技术人员，分昼夜两班，24h连续作业，每班值班人员必须全部到位，进行旁站监督做好记录，交接班时进行口头、书面结合交代。2）对大梁、梁底柱进行明显标识，确保梁柱等钢筋密集处的混凝土浇筑质量，浇筑柱混凝土时，派人到下面层对模板进行敲击检查，保证混凝土浇筑密实。3）进场的混凝土随时检查坍落度，保证混凝土输送顺畅。混凝土的测温：设专人检测混凝土表面温度与结构中心温度，测温时间为前5d每隔4h测1次，5d后8h测1次，严格控制混凝土内外温差≤25℃，由于本工程利用排出的热循环水进行蓄水保温，使混凝土不受外界温差的影响。设置专人养护，养护时间不小于14d。当前，温度监测可以迅速反馈结构的温度实况，人们也是通过控制温度来防止结构开裂。但从混凝土结构的开裂机理来看，混凝土之所以开裂，是由于混凝土的应力超过了其抗拉强度所致。因此，如果能直接监测混凝土结构的应力状况，让人们通过控制结构应力来防止结构开裂，这将显得更为直观。（4）当房屋长度超过一定限值时，就应设置伸缩缝。伸缩缝通常采用设置双墙或双柱的构造，将上部结构断开，分成独立的温度区段，使结构可以自由伸缩。但永久性伸缩缝的设置会造成多用材料、构造复杂、施工困难等，又对抗震、防水不利，也影响建筑立面；（5）当建筑物过长时，在适当距离选择对结构无严重影响的位置设置后浇缝，在条件合适的时候可用后浇缝与增配钢筋的方法来代替伸缩缝。后浇缝代替伸缩缝是先放后抗，放抗兼施的办法。但后浇缝只能解决混凝土结硬时的收缩应力，并不能解决温度应力；（6）在混凝土搅拌过程中，添加少量化学添加剂，补偿混凝土收缩，堵塞毛细孔，也是常用的方法。但化学添加剂不能完全解决后期温度变化引起的内力；（7）在温度变化剧烈的地方采用一些保温隔热材料，减小温度变化引起的温度应力。高层建筑的技术层也应注意保温、隔热，避免该层过分通风，与其上下层间产生较大的温差引起温度应力：（8）对结构顶部楼层的横梁由刚接改为铰接，可有效地释放温度内力。（9）养护。遇到中午、夜晚温差较大时（7月～9月），为保证混凝土施工质量，控制温度裂缝的产生，采取蓄水养护，养护深度常取30cm。蓄水前，采取先盖一层塑料薄膜，一层草袋，进行保湿临时养护，待混凝土终凝后，砌筑分格挡水墙，开始分层蓄水养护。

4 结语

总之，本文就钢筋混凝土高层建筑结构的温度变形和温度内力作了一些探讨，初步得出了高层建筑结构中温度变形和温度内力的规律，并据此提出了减小或控制结构中温度效应的对策。

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[2]王敬新.大体积水工混凝土裂缝的温控措施[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2008(06).

[3]吴建平.超长钢筋混凝土结构裂缝控制的设计分析[J].中国勘察设计，2003-(09).