超长高层建筑结构温度问题分析

孙蓉莉　潘 宇　贠 航

（中联西北工程设计研究院有限公司 西安 710082）

超长高层建筑结构温度问题分析

孙蓉莉潘 宇贠 航

（中联西北工程设计研究院有限公司 西安 710082）

随着我国经济的快速发展，国民对建筑物的功能提出了更高的要求，特别是一些公用建筑物正在逐渐向舒适化和大型化方向发展。在城市中出现新了许多超长高建筑，这些建筑的修建对修建技术提出了更高的要求，同时超长高建筑结构受温度的影响较大，因此为了确保超长高建筑结构的稳定，需要对建筑结构受温度的影响进行分析。

超长高层建筑；结构问题；作用分析

建筑结构都会受到温度的影响，超长高建筑结构受温度的影响更为严重。本文为了针对超长高层建筑在应用过程中受温度的影响进行了分析，并提出了两种解决超长高建筑结构温度问题的措施，目的在于提高超长高层建筑的稳定性，希望文中内容对促进我国超长高层建筑的发展能够有所帮助。

1　温度的类型

1.1地理条件分类

超长高层建筑所处地理位置不同，结构受到的自然天气变化的影响也会有所不同。建筑工程可能会受到天气变化、地形条件、太阳辐射等多方面因素的影响。这些因素中的任意一种发生变化都会对超长高建筑的结构产生影响[1]。但由于现在超长高建筑普遍采用钢筋混凝土结构，因此它们受所受温度的影响主要包括以下三种：①温温差。②骤然降温。③日照温度变化。在这三种不同类型的温度影响中，年温温差指的是一年的温度变化，此类温差对超长高建筑结构有着重要影响，是标准的建筑结构温度影响的一种。骤然降温是指，在超长高建筑的设计、修建、施工过程中，因为冷空气的突然来袭导致建筑修建地的温度产生了巨大反差，同年温差一样，骤然降温也会影响建筑结构。日照温差变化是指在一天内，太阳光会照在超长高建筑结构的不同部位，从而将会引起温度变化[2]。

1.2作用形式分类

依据作用形式对温度对建筑结构造成的影响进行分类，可以将温度分为表里温差和均匀温差两大类。研究表明，建筑结构的温度在上升过程中并不会对建筑结构产生较大的影响，甚至比温度下降给建筑结构造成的影响小上许多倍，因此在研究上针对降温对超长高建筑的影响进行分析[3]。表里温差指的是在浇筑的安全性、功能性得到更好的实现，同时也是为了对建筑物耐久性进行充分保证，使房屋建筑各种功能得到满足的同时，对建筑成本进行最大限度的节约。因此，就必须对房屋建筑的结构进行优化设计，把优化设计的技术全部应用在建筑物各个阶段的结构设计过程中，尽可能的使结构设计可行性、合理性得到体现。设计人员只有将优化设计技术更好的应用在建筑物结构设计中，才可以使建筑物的整体质量、性能得到保障，才能够延长建筑物的使用寿命，使其稳定性得到保障。和使用混凝土构件过程中混凝土构件内外产生了较大温差，造成这一温差出现的主要原因是由混凝土材料自身的性质决定的，混凝土材料的导热性很差，属于热的不良导体，因此在施工过程中极易产生内外温差，当这个温差过大时，将会导致结构发生变形，日照温差就是一种比较典型的表里温差。均衡温差则是指在建筑结构表面，特别是在混凝土构件表面温度出现的变化，这一变化使混凝土结构发生较为严重的变形，从而引起混凝土结构出现裂缝[4]。

2　解决超长高建筑结构温度问题的措施

2.1微膨胀技术

微膨胀技术在混凝土结构中的应用对解决超长高建筑结构受温度的影响有着重要作用。为膨胀混凝土是在后浇带内加入一定量的膨胀剂，通过混凝土膨胀从而在其内部形成预压应力，这一预压应力可以抵消混凝土因为在收缩过程中而形成的拉应力中的一部分或全部，同时因为其膨胀作用对混凝土的收缩时间起到了一定的推迟作用，从而提高了混凝土的抗拉强度以及对收缩应力的抵抗，具有延缓或降低混凝土结构在施工和使用中出现裂缝的可能性[5]。通过对微膨胀混凝土技术的应用可以实现超长高层建筑中使用的混凝土结构的无缝设计。但从目前的技术和材料来看，并不能无限的延长混凝土结构，通常情况下混凝土结构的长度最长不会超过160m，超过160m即使对微膨胀混凝土技术进行应用，也无法确保达到完全补偿收缩能力的目的，只能实现部分补偿。而且，混凝土微膨胀技术在超长高建筑中混凝土结构中的应用，随着时间的推移其膨胀能力将会逐渐减缓，这也是混凝土结构收缩效应的一种表现。

科技的高速发展也加快了建筑材料的发展，膨胀剂的种类也越来越多，不同厂家生产的膨胀剂的质量参数也存在较大差异，产品的选取需要与建筑结构的设计相符，一般情况下材料的测试以及配合比需要通过实验室确定，但由于实验室中的使用的小搅拌机与施工现场使用的大型搅拌机之间存在较大差距，而且实验室中使用的水泥长时间的放置在室温下，而工程中使用的水泥经常会在50℃以上，有时候甚至会在90℃以上，这也给在施工过程中对膨胀剂的选择造成了很大麻烦，因此在对微膨胀混凝土技术进行应用时，一定要注重对膨胀剂的选择，降低超长高建筑结构受温度的影响，提高建筑质量。

2.2无黏结预应力技术

为了使混凝土微膨胀技术中存在的缺陷进行克服，减少收缩应力，使混凝土能够具有一定的预应压力，在超长高层建筑中的超长设计中适当的使用粘结预应力技术。预应力技术在解决超长结构对温度影响的原理如下：结构成型时，在结构长度方向建立相应的预压应变和轴线预压应力，从而克服建筑结构因为混凝土收缩和季节变换降温而导致的收缩变形，抵消部分或全部拉应力，限制混凝土裂缝的宽度，或避免混凝土出现裂缝。

目前，分析预应力对结构的影响，国内外普遍采用“等效荷载法”。“等效荷载法”的应用，为分析预应力结构提供了极大方便。等效荷载就是将预应力筋对受弯构件的作用作为等效荷载进行处理，将此等效荷载视为外荷载施加于受弯构件上便计算出构件产生的预应力效应，此时的预应力效应与外载效应进行叠加，这也就构成了双重作用下的最终效应。在研究过程中，预应力筋可对梁形成的作用，可以通过等效荷载代替。这种等效荷载在一般情况下有两部分组成：①将弯矩和压力引入到结构锚固区[6]。②由预应力筋曲率引起的垂直于线束中心线的横向分布力，或通过预应力筋转折而产生的集中力，此横向力可以是作用在混凝土结构上的外荷载直接抵消掉，因此也被称为反向荷载。

预应力筋在张拉过程中会引起结构变形和内力的变化，在研究过程中可以通过等效荷载进行计算。在研究过程中如果通过等效荷载对结构中的弯矩进行计算，计算结果包含了因为偏心预加力所引主弯矩以及有支座此反力而引起的次弯矩。因此，预应力产生的总弯矩为Mp，而主弯矩为M1，通过简单的计算们可以通过Mp反算出次弯矩M2，即：M2=Mp-M1，这为解决超高层结构受温度的影响提供了数据支持。

3　结束语

综上所述，科技的高速发展，使我国的建筑行业也到快速进步，近几年我国的建筑行业正朝着“长、高”方向不断发展，这极大的推动了建筑行业的经济增长。超长高层建筑作为建筑行业的一种新型产物，因为自身的独特性质受到了业内人生的广泛关注。但由于超长高层建筑在施工和后期的应用过程中受温度的影响较大，经常会因为温度的作用导致结构出现裂缝和变形等问题，因此在超长高层建筑施工中需要采取合理的措施控制好温度对其造成的影响，延长工程寿命。

[1]赵娟，陈淮，李天.超长高层建筑结构温度作用计算工况探讨[J].郑州大学学报（工学版），2003，03：37～40.

[2]马向峰.对于大空间框架结构的温度应力问题的思考[J].黑龙江科技信息，2011，18：232.

[3]张磊，赵苏北.南京新城大厦超长混凝土结构温度应力分析与设计[J].建筑技术开发，2013，11：11～17.

[4]肖从真，王翠坤，黄小坤.中国建筑科学研究院高层建筑结构研究发展与展望[J].建筑科学，2013，11：11～21.

[5]李男.浅析高层建筑结构计算中应注意的若干问题[J].电子制作，2013，21：78.

[6]李慧，谢文清，杜永峰，李万润.某超长隔震结构在温度及收缩作用下的变形研究[J].工程抗震与加固改造，2013，01：40～44.

TU973.12

A

1673-0038（2015）18-0035-02

2015-3-12

孙蓉莉（1980-），女，工程师，硕士研究生，主要从事结构设计工作。

潘宇（1983-），男，助理工程师，硕士研究生，主要从事结构设计工作。

贠航（1982-），男，工程师，硕士研究生，主要从事结构设计工作。