钢筋混凝土结构设计中温度应力的控制探讨

摘要：钢筋混凝土结构以钢筋混凝土作为主要构件，其本身施工质量对建筑工程的施工质量有着决定性的影响。尤其是当前建筑形态本身变化愈发明显的现在，建筑物本身在高度、形态、重量上不断提升的情况下其工程结构也愈发复杂，由此导致钢筋混凝土施工质量对建筑工程整体工程质量的影响作用也不断提升。然而当前钢筋混凝土结构在具体设计过程中其经常出现裂缝等质量问题，对钢筋混凝土结构的施工质量和使用寿命均造成不利影响。基于此，本文将从钢筋混凝土结构设计的层面出发，针对钢筋混凝土结构设计中温度应力的控制措施进行分析总结，以此有效控制钢筋混凝土结构在使用过程中常见的裂缝质量问题。

关键词：钢筋混凝土;结构设计;温度应力;裂缝;控制措施

裂缝是钢筋混凝土结构在设计建造以及使用过程中最为常见的一种质量问题，其原因在于钢筋混凝土结构在建造和使用过程中受到内外等多重因素的联合作用并由此导致其物理结构产生相应的变化，进而对钢筋混凝土结构的承载能力、实用耐久、防水性能等均造成相应的伤害。结合当前我国钢筋混凝土结构的实际建造和使用效果来看，无论何种类型、形态的钢筋混凝土结构，其均不可避免的存在不同程度的裂缝问题，对钢筋混凝土结构的实际使用效果造成严重影响。本文将从钢筋混凝土结构设计的层面出发，针对钢筋混凝土结构设计中温度应力的控制措施进行分析总结，以此有效控制钢筋混凝土结构在使用过程中常见的裂缝质量问题。

一、温度应力的相关理论内容

温度应力指的是物体在温度上升或者下降的過程中无法自由伸缩并由此导致物体内部各个位置温度差异而产生的应力。

1.1温度荷载

结合钢筋混凝土结构的实际使用情况来看，引发钢筋混凝土结构使用过程中温度应力的因素包括季节变化温差、内外温差、骤然温差、日照温差四种类型。在上四种因素中，由于季节变化而引发的温差是持续时间最长的且影响范围最大的，同时其对于钢筋混凝土结构温度应力的影响具有一定的均匀性特点，常使得钢筋混凝土结构出现较大的整体性位移变化。也正因此，由于季节变化引发的温差以及由该类温差所引发的钢筋混凝土结构裂缝问题是最突出的质量问题。

1.2约束应力

约束应力涵盖内约束力、外约束力两种类型。其中外约束力又涵盖了无约束、弹性约束、全约束等不同类型。在钢筋混凝土结构由于温差作用而出现变形、裂缝等一系列质量问题时，其内部组成内容中的不同构件、构件内部的不同质点均会产生相应的约束应力。其中不同构件所产生的约束力为外约束力、不同质点所产生的约束应力为内约束力。

二、钢筋混凝土结构的温度应力与温度变形情况

2.1 季节温差与温度荷载的系数取值

钢筋混凝土结构本身就具有一定的抗压能力但同时也表现出了较差的抗拉能力。因此钢筋混凝土结构在由冬至夏的跨季节施工过程中，其不可避免的会发生膨胀、变形、裂缝等质量问题。同理，如果钢筋混凝土结构在由夏至冬的跨季节施工过程中，其不可避免的会发生收缩、变形、裂缝等质量问题。也正因此，对钢筋混凝土结构的季节温差进行取值，可以结合当前钢筋混凝土结构施工过程中其夏天温度的最高值、冬天温度的最低值作为相应的系数。

此外，由于温度应力并不是导致钢筋混凝土结构出现裂缝等质量问题的唯一因素。因此钢筋混凝土结构在计算其温度荷载的过程中，也要充分考虑到温度荷载对于引发其裂缝质量问题时所占的组合比例，也即温度荷载组合系数、刚度折减系数、松弛系数等不同影响系数，以此全面考虑钢筋混凝土结构的裂缝质量问题。正常来讲，剔除掉部分特殊情况以后，钢筋混凝土结构在温度荷载的系数取值上均设置为0.7、分项系数取值为1.2、准永久系数取值为0、梁柱抗弯刚度则乘以折减系数0.85、松弛系数取值为0.3。

2.2 温度变形与温度应力的计算模型

相关人员在对钢筋混凝土结构温度应力与温度变形进行计算时可使用SAP模型。SAP模型本身属于通用有限元计算软件，其能够根据当前材料的属性与温度的变化情况来有效计算当前构件的温度应力。

2.3 建筑物相关内容对温度效应影响

在钢筋混凝土结构施工过程中，其施工内容中建筑物的具体长度、楼板的具体厚度、柱截面的具体刚度等也会对钢筋混凝土结构的温度应力产生相应的影响。以建筑物的长度为例，当建筑物长度超过54m时其模板的变形量是最高的，由此所引发的温度应力也会处于快速增加的状态，最终引发钢筋混凝土结构的变形裂缝;以楼板的厚度为例，在楼板厚度不断增加的情况下，楼板本身的厚度将会导致板底温度应力的增加，且且随着楼板厚度增加的同时楼板的刚度也会有所增加，进而导致柱子所承受的变形压力与内约束力处于不断增加的状态中。

三、控制钢筋混凝土结构温度变形的具体措施

3.1 伸缩缝的设置

设计人员与施工人员在钢筋混凝土结构的施工过程中可以沿着当前建筑物的长度方向选择恰当的部位，每隔一定的距离竖向设置相应的构造缝，以此作为伸缩缝来有效降低钢筋混凝土结构在使用过程中的温度应力，并由此降低钢筋混凝土结构在建造使用过程中产生的温度变形情况。其中可见伸缩缝能够将建筑物的楼板、屋顶、墙体等不同结构内容分成两项独立性的结构，在隔开其中构件的情况下使得构件不会受到外来构建的约束力而产生变形等问题。同时施工人员在伸缩缝的施工过程中应当依照当前建筑工程的实际情况并结合建筑物结构设计规范对伸缩缝的间距进行有效控制，伸缩缝的宽度则设置为2～3cm并在缝内填充保温材料。一般来讲，当钢筋混凝土结构长度超过一定限度的情况下就必须要设置伸缩缝，例如建筑物长度在超过70m时其温度应力的增加情况会变得更加严重，此时必须要设置伸缩缝以抵抗应力、衰减应力，缓解钢筋混凝土结构的温度变形情况。但需要注意的是，钢筋混凝土结构在施工过程中设置伸缩缝也存在一定的弊端，例如其整体构造较为复杂而导致施工难度上升，同时屋顶结构上设置伸缩缝将会对屋顶防水功能的施工及功能发挥造成一定的不利影响，很容易由此引发屋顶漏水问题。此外，在钢筋混凝土结构施工过程中设置伸缩缝还面临着美观度下降、材料资源成本上升、工程造价上升等诸多问题。但伸缩缝的设置能够将钢筋混凝土结构进行有效分隔，使得构件能够自由伸缩而形成独立的温度区段，对降低钢筋混凝土结构的温度应力变形具有积极作用。因此相关人员应当慎重思考并灵活选择是否设置伸缩缝。

3.2 后浇带的设置

设计人员和施工人员在钢筋混凝土结构施工过程中，也可以通过设置后浇带来有效降低钢筋混凝土结构的温度应力变形问题。后浇带指的是使用临时的施工缝将相应的钢筋混凝土结构分成不同的区域内容，在确定当前钢筋混凝土结构的构件已经自由完成内部收缩后再通过相应的施工抹平临时的施工缝，以此将钢筋混凝土结构形成整体结构且不影响结构的美观性。总体来说，施工人员通过设置后浇带能有效解决当前钢筋混凝土结构在施工过程中由于结构长度等诸多因素引发的沉降问题，对降低钢筋混凝土结构的温度收缩、释放混凝土收缩应力、降低钢筋混凝土结构收缩变形等均有积极作用。后浇带的使用由其适用于建筑物结构长度较长的情况，但后浇带的使用必须要注意不能对钢筋混凝土结构的整体结构不造成影响。在一定条件下，施工人员甚至可以使用后浇带来代替伸缩缝。在具体的后浇带施工过程中，施工人员同样应当依照当前建筑工程的实际情况并结合建筑结构设计规程来完成后浇带施工。

3.3 建筑顶部伸缩缝的设计与屋顶设计

建筑物顶端结构作为直接承受日光照射和自然环境影响的结构，其所承受的温度应力也是较高的。也正因此，建筑物顶部结构会经常出现混凝土收缩和温度变形等一系列质量问题。由于建筑物顶部轴力相对较低，因此其框架柱截面尺寸较小，施工人员可以在1个底柱的施工过程中竖起2个柱，在2个柱间设置伸缩缝，以此有效分隔建筑物屋顶结构，在降低建筑物顶端长度的情况下也能有效释放顶端温度应力，充分缓解建筑物顶端的温度变形问题。

3.4 钢筋混凝土结构的预应力设计

施工人员在钢筋混凝土结构施工过程中，可以使用预应力混凝土来有效缓解钢筋混凝土结构中混凝土由于温度差异而产生的收缩变形现象，充分达到扩大温度伸缩缝间距但不需要设置伸缩缝的施工目的。以无粘结预应力混凝土为例，其对于温度应力的削减作用经过建筑行业的广泛证明并推广使用，能有效改善钢筋混凝土结构中的应力分布，对缓解混凝土变形、裂缝等一系列质量问题均有积极作用。需要注意的是，预应力混凝土在钢筋混凝土结构中的应用，其对变形的控制缓解效果与布筋形式并无较大影响，反而与无粘结筋的布置总量息息相关，因此施工人员在预应力混凝土结构施工过程中应控制好配筋量，以此有效缓解钢筋混凝土结构的温度应力问题。

四、结语

综上所述，当前我国建筑物长度越来越长、高度越来越高且整体形式结构愈发复杂的情况下，钢筋混凝土结构在实际使用过程中的裂缝问题也得到越来越多的重视。本文从温度应力的角度出发，以温度应力理论为基础对钢筋混凝土结构的裂缝、变形、收缩、膨胀等原因进行了分析阐述，而伸缩缝、后浇带、建筑物屋顶设计、预应力混凝土应用等措施能有效缓解钢筋混凝土结构的温度效应，对缓解钢筋混凝土结构的变形裂缝等质量问题具有积极作用。

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作者简介：王兴斌（1986-），男，甘肃兰州人，工程师，本科学历，毕业于兰州理工大学，土木工程专业，主要从事结构设计工作，目前还从事结构设计工作。