结构设计控制温度效应的措施分析

王菁菁

摘要：混凝土结构体表面或内部产生的裂缝将对结构承载力、防水性以及抗冻性、抗钢筋锈蚀性、抗化学侵蚀性等耐久性能产生严重的危害。裂缝的出现，不但影响美观，而且还严重影响建筑物的使用寿命，在所有裂缝中，温度裂缝最具普遍性。本文就温度效应的措施进行了论述

关键词：混凝土 ，结构设计，温度；

一、钢筋混凝土结构温度应力研究的意义

混凝土结构不断在大型公共建筑和工业建筑中出现。随着建筑功能的多元化发展，再考虑到建筑上的美观性和结构上的整体性，建筑师往往要求结构不设或少设温度伸缩缝，致使通长不设缝的结构长度远远超出了我国规范规定的伸缩缝限值。目前世界上一些发达的国家，例如英、法、美、日等的混凝土结构规范对伸缩缝的间距并没有严格的规定，只要求当结构的长度超过一定值时计算温度引起的应力并采取必要的措施加以解决。各国规范均没有明确提出考虑。结构温度收缩作用的比较简洁有效的结构设计方法。随着混凝土结构的尺寸的增加，结构中温差引起的温度变形和混凝土水化热引起的收缩变形造成的应力问题也变得越来越突出了。由温度变形和收缩变形引起的结构的开裂直接影响到结构的正常使用。而目前，国内规范没有考虑温度荷载作用，对结构只作构造上的要求。温度应力是引起超长结构裂缝的主要原因，受自然环境或人为作用影响的结构工程，无时无刻都不在经受温度的改变，由于变温引起的拉应力往往高于荷载引起的拉应力值，当超过混凝土材料的抗拉强度时便会出现裂缝，而严重影响结构的使用甚至危及结构的安全。所以对混凝土结构温度应力的分析和计算具有重要的意义。

二、结构设计方面采取控制温度效应的措施

在建筑物形式越来越复杂、体形越来越大，钢筋混凝土结构的裂缝控制问题是工程上经常遇到的问题。施工方面，材料方面，设计方面都有一定的措施来减少或控制温度应力和温度变形。

1设置伸缩缝

《混凝土结构设计规范》规定当现浇钢筋混凝土结构处于室内或土中环境下长度超过55m以及露天环境下超过35m时，宜设置伸缩缝。當混凝土浇筑采用后浇带分段施工、采用专门的预应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施的时候，如有充分依据和可靠措施，伸缩缝间距可适当增大，当增大伸缩缝间距的时候，尚应考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。当屋面无保温或隔热措施时，框架结构的伸缩缝间距宜按露天环境考虑。

混凝土结构设置伸缩缝，将上部结构断开，分成独立的温度区段，使构件可以自由伸缩。但是框架结构设置伸缩缝后不仅影响美观，也会增加造价、造成材料浪费，构造复杂和施工困难，对抗震不利。屋顶设缝处，防水构造不易做好，容易引起漏水。

2.设置后浇带

现行规范的伸缩缝仅根据结构长度控制。根据资料和现场实际情况的调查，引起结构裂缝的原因是综合性的，结构长度只是影响温度收缩应力的因素之一。仅就长度而言，伸缩缝或后浇带可以有效地控制裂缝。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带，在条件合适的时候可用后浇带方法来代替伸缩缝。后浇带是列入钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程中的目前设计人员常用的方法，主要作用是释放早期混凝土收缩应力，减小以收缩为主的变形。后浇带应选择在小跨梁中间或梁受力较小的部位，一般在梁跨1/3处，平面布置宜避免截断梁太多，通常每隔30m-40m设置一道，一般为700-1000mm

宽，钢筋连通，一般于两侧混凝土龄期达到60天后封闭（这里只针对收缩后浇带）。在此期间，后浇带两侧的混凝土能相对自由的收缩，可在封闭前完成大部分的收缩变形，后浇带宜选择在温度较低时封闭，不要在热天补齐冷天留下来的缝（反之亦然），后浇带宜用微膨胀混凝土，比原结构提高一级强度的混凝土，并加强养护。

3.采用预应力混凝土结构

预应力混凝土结构，梁板中所产生的预压应力可抵消由于混凝土温度变化和收缩产生的轴向拉应力，使混凝土延迟开裂。从而达到扩大温度伸缩缝间距不设缝的目的无粘结预应力筋能够减小温度应力的不利影响，且能较好的改善应力分布，从效果上来看，在板上配置无粘结预应力筋要比在主梁上配置无粘结预应力筋好。控制的效果主要取决于所布置无粘结筋的总量，而与布筋形式的关系较小。楼板中不同形式的布筋所建立的预压应力的值相差更小，其中在柱上板带集中布筋的效果稍好。因此在结构设计时，可以采取该集中布筋的方式，以方便施工。值得注意的是预压应力在边跨楼板柱边位置处会急剧变小，行成薄弱环节，应提高该处普通钢筋的配筋量，预应力的作用进一步加大了边柱的内力和变形，故在设计中应该对柱提高配筋量。对超长混凝土结构，采用设置后浇带并分段张拉无粘结预应力筋的张拉方式，可以在板中建立更大的预压应力。

4降低约束刚度

外荷载作用下结构的内力只与荷载及结构几何尺寸有关，但在变形作用条件下，结构的约束内力不仅与变形作用及结构几何尺寸有关，尚与结构刚度有关，这是约束内力与荷载内力的重要区别。

由上节计算分析可知，由于底层楼盖受到的约束作用大，因此温度应力也最大。如何降低约束刚度，是减小温度应力的有效措施。对于超长结构宜采用较密柱网，从而可以减少柱子刚度，增加结构柔性，减少温度应力。另外，还可以在约束体与被约束体的接触面上设置隔离层来降低约束刚度。

5加强构造配筋

设计时设置温度配筋是十分重要，它对结构抗裂影响很大。在温度荷载作用下，边跨柱的温度内力和变形较大，因此得加强边柱的配筋，使其能更好地满足变形和内力的要求。底板和顶部几层楼板所受的温度应力较大，应加强温度构造配筋以控制温度裂缝的开展；另外，由于应力集中的原因，与边柱交接处板底部应力出现极值，因此，在纵向边柱交接处楼板宜配上下两层钢筋。对混凝土梁的腰部增配构造钢筋，其直径为8-14mm，间距约200mm，视情况而定。在基础内设置必要的温度配筋，在基础截面突然变化、转折部位，孔洞转角及周边，增加斜向构造筋，以改善应力集中。在北京市世纪财富中心平板筏基工程中，设计人员在基础上表面和有木模板的侧面布置50mX60mX2mm的钢板网来提高表面的抗裂能力，侧面钢板网绑扎在钢筋上，上表面的钢板网在浇筑完成后，抹面前压入混凝土，迄今为止尚未发现裂缝。

6.建筑物屋顶设计的几点注意事项

屋顶层设计时首先应该加强建筑物屋面的保温隔热性能，减少温度变化和日照对结构构件产生的不利影响。除了在屋面板内配置抗温度收缩钢筋外，特别值得注意的是结构构件和非结构构件之间的连接处理。屋顶处如果采用砖砌女儿墙，在受温度荷载作用时，结构构件产生收缩或膨胀变形，由于砖砌体和混凝土材料性能的差异。两者直接的变形值相差较大，容易产生开裂。因此应该加强砖砌女儿墙和混凝土构件直接的连接，可采取预留竖向插筋、适当减少女儿墙内构造柱间距等方式。同样值得注意的还有屋顶层结构与顶层围护墙体之接的连接，两者之间产生裂缝后，下雨时容易引起渗水，直接影响了使用，因此应该适当加强。

1金建民.防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计建议[J].工业建筑，2002

2李志磊：超长框架结构温度应力的三维有限元分析与研究[M]，浙江大学，2004.