建筑结构环境温度应力的分析及控制

建筑结构环境温度应力的分析及控制

[摘要] 对建筑结构由于环境（主要针对大气环境）温度应力导致的楼面板特别是天面楼板容易出现开裂的典型案例及预防措施

进行分析。对建筑结构设计中常用的减少或平衡温度应力的技术、构造方面应注意的问题作了阐述。

[关键词] 混凝土结构；大气环境温度；伸缩缝；预应力；长宽比

随着城市的建筑规模越来越大，可供建设开发的土地资源越来越紧张，为了充分利用土地资源，建筑经常需要根据地块的形状布置成长条形的建筑。同时由于建筑功能布置的要求，如：学校教学楼和宿舍、沿街布置的商铺等建筑都经常布置成狭长形状的建筑。这样的建筑体型长宽比例相差较为悬殊，对由于环境变化所引起的温度应力特别敏感，未充分采取减少或平衡温度应力的技术措施或施工技术，经常容易出现楼板开裂、屋面漏水、地面铺贴拱起等现象，严重影响建筑的正常使用和缩短使用寿命，应引起足够的重视。

影响建筑的温度应力主要有两类：一类是由于新浇的混凝土在搅拌凝结的初期，由于水泥的水化热释放出大量的热量，造成混凝土体积膨胀，构件表面会出现裂缝。在混凝土终凝结束温度降低，硬结强度提高的过程中混凝土会出现的收缩，但这种收缩的大部分将在施工后的头1～2个月完成。二类是由于结构在正常使用过程中由于所处的环境温度变化较大，造成结构出现冷缩热胀，当环境温度变化较大时，相应的温度的应力也较大，而且这种应力是一个反

复出现的荷载。由于竖向构件如：柱、剪力墙等对结构的平面内变形约束作用较大，使得变形向刚度较小的平面外方向发展，造成板面出现不同程度的开裂。本文主要针对第二类的建筑结构大气环境温度应力展开详细的阐述和列举典型的案例。

建筑总是处于某种的大气环境中，受大气环境温度变化直接影响。我国由南到北绝大部分的地区的日夜温差都较大，最高温时白天室外气温最高达到45℃，受到直射的建筑天面甚至可以到达55℃或以上，但到了晚上温度可以降低25℃左右或者更低，这使得建筑由于温度变化引起的变形较大。目前应对温度应力所采取的措施主要分类：一、抵抗应力，二、释放或减少应力。常用的抵抗温度应力的措施主要有：1、增加温度应力构造钢筋；2、采用专门的预应力措施。常用的释放或减少温度应力的措施主要有：1、设置温度伸缩变形缝；2、设置混凝土后浇带；3、设置隔热保温性能良好的隔热保温层。

根据现行的《混凝土结构设计规范》（gb 50010-2010）中，第8.1.1条中的表8.1.1 规定了钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距。设置伸缩缝是解决温度应力比较好的方法，通过设置伸缩缝把原本大面积的整体结构划分为较小的分块，使各分块上由于温度应力所造成的变形控制在弹性变形范围内满足σmax 35米就需要设置温度缝。虽然可以考虑通过加强屋面的温度构造钢筋的办法抵消部分的温度应力，但对于本工程这样一栋狭长的建筑，构造钢筋的作用未必足够，存在一定的风险。工程最终还是决定设置一道温度变形缝。温度变

形缝的设置也是需要慎重考虑的，如果设置的位置没有选择得当，效果也会大打折扣的。变形缝的设置应考虑所分割的结构单元尽量面积均称形状长宽比例相差不大，这样单元的温度变形就可以得到有效的分割，使变形不至于影响到结构的安全，裂缝也控制在规范允许的范围内。本工程于2007年8月竣工并投入使用，建筑天面及各层楼板基本没出现较大的裂缝，裂缝大小都满足规范要求处于可控范围内。

经过多年的工程经验总结，对于温度应力较有效的措施是采用预应力板。现用一栋高层商用办公楼为例，办公楼的概况是地上9层，地下设1层地下车库，建筑为现浇框架结构，建筑体型为总长度为72.3米，宽度为21.5米的矩形。本建筑位于cbd金融商业区，建筑定位为高端写字楼，所以业主的要求较高不同意设置温度变形缝。按照常规的设计方法初步确定的结构布置方案，各层均设两道的混凝土后浇带，屋面设置细直径密布的温度应力钢筋。考虑到建筑的总长度较长，屋面板的环境温度应力的影响会较为明显，简单的设置后浇带仅能缓解混凝土凝结过程的收缩变形，对于正常投入使用后由于大气环境温度引起的温度应力作用有限，存在一定的开裂风险，决定屋面板采用无粘结预应力板，由于采用了预应力板为了充分发挥预应力的作用，本工程屋面楼板采用大板厚板布置，取消了次梁，板厚采用了180mm厚，非预应力钢筋采用了二级钢筋φ10@180拉通，预应力筋采用预应力钢绞线2uφs，根据受力不同纵向间距采用@700，横向间距采用@1190。预应力筋采用的是1860级

的低松弛优质钢绞线，抗拉强度标准值fptk=1860mpa，设计张拉的控制σcon=0.75fptk=1395 mpa。结构浇筑完成35天后进行了预应力钢绞线的张拉施工，完成张拉施工后顺利拆除了模板，经施工单位测量校核，结构的扰度均满足要求，基本未出现裂缝。同时由于采用了大板结构屋面层工程造价节省了15%。

另外在预防环境温度应力的措施有以下几点是应该特别引起注

意的：

1）合理布置钢筋

钢筋的弹性模量比混凝土的弹性模量大7～15倍，屋面板合理配置温度应力钢筋可以起到减轻混凝土收缩的程度和约束膨胀变形

的效果。在相同的配筋率下，应选择细筋密布的办法，并注意加强结构转角位置、大开洞位置的板，对减少温度应力裂缝的出现有明显的作用。

2）加强混凝土的养护

塑料薄膜覆盖或浇水草袋覆盖养护是建筑结构防止产生早期裂

缝的一重要环节，目的是控制温差，防止产生表面裂缝。另一方面，潮湿的环境可防止混凝土表面因脱水而产生的干缩裂缝，所以浇水养护不少于14d。

3）设置隔热保温性能良好的隔热保温层

性能良好的隔热保温层会使结构层的温度免受外界环境温度的

变化影响，从而避免结构出现反复膨胀收缩过程。

以上是我多年来在工程实践中总结的一些经验，希望对广大的工

程设计人员和施工单位现场技术人员提供一定参考价值。参考文献：

1、《混凝土结构设计规范》（gb 50010-2010）

2、《混凝土结构耐久性设计规范》（gb/t 50476-2008）