温度作用与结构设计

【摘要】温度是一个非常大众的词语，它在我们的生活中无处不在，人们对其的认知也是很为广泛的，温度所涉及到的领域很大，在生活中的冬冷夏凉便是温度的一个很好介绍词语，而在我们的建筑中，温度的影响也是很为巨大的，在混凝土成型等等方面的建筑施工中，都会有温度参与从而进行影响，因此人们常常采用一些方法来控制温度所带来的影响，有时也会用降低到最低值的方法来减少温度对于建筑的影响。本文通过建筑结构中温度作用对其造成的影响以及控制进行一定程度的论述，并且针对于温度对于结构设计的关系，通过实例以及一系列的相关计算方法进行解释以及对于相关结构设计的建议。

【关键词】温度作用；结构设计；极限状态设计法

1、混凝土结构的温度作用及控制

在建筑施工中，所有的混凝土关乎到几乎所有的结构设计，因为结构设计大部分都是由混凝土构成，而温度对于混凝土的成型影响很大，主要的影响便是由于温度控制不够而造成混凝土成型后出现裂缝。

1.1混凝土结构温度控制措施

在生活中的高层建筑施工中，其地下室的地基通常都是混凝土结构，并且相对比较厚，通常都有二到三米的厚度，而这就会被温度的影响无限放大，造成很多的因为温差过大以及对于成型的养护不当等等原因的温度裂缝，这类的温度裂缝问题很为严重，地板裂缝会造成地下渗水的现象，并且会造成结构不稳定的问题。因此得很为重视。

对于结构是否出现温度裂缝的判断以及对于其的温度控制，就需要对其进行温度的计算，通过计算的到具体的数据后进行相关的控制，并且根据有关测试以及多年的现场施工经验发现温度裂缝的造成很大一部分原因便是温差相差大于二十五摄氏度，也就是说小于二十五摄氏度的温差基本是不会出现温度裂缝的，防止这类温度裂缝的措施通常是在混凝土初步凝固后进行表面的一个薄膜的覆盖，并且在其上再次进行一个草袋的覆盖以此隔热保温，通常在城市公路上用到的很多。对于温度的检测还有对混凝土的内部进行一个温度的检测，然后观察内部温度以及表面温度的差别，通过这样来及时对结构进行调整以及养护。

1.2温度作用造成的结构裂缝

温度作用会造成的裂缝会有很多的种类。其中发生最为多的便是温差裂缝，这类裂缝造成的原因从字面就可以了解，就是因为混凝土结构的内外的温差相差太大而造成的裂缝，主要形成的因素就是水泥水化热而引起的其内部结构与其表面的温差过大。因为目前的建筑都是以混凝土一次性浇筑成型的，因此对于内部的混凝土水化热很难散发出去，但是表面的结构很容易散热，这样温差就产品了，因此形成温度裂缝。

2、环境温度取值

2.1环境温度的组成

关于建筑物的环境温度的构成就是空气的温度外加太阳照射在建筑物面层的温度，其中空气温度对于建筑面层来说，其是一个区间的递增或者递减的过程，所以空气温度与建筑物面层的温度通常是不一样的。但是太阳照射的温度确是直接照射到建筑物的面层的，因此对于太阳照射的温度与空气温度正好相反。

2.2温度变化周期

温度变化的周期是不同的，对于空气温度的变化周期可以看成一个不会被时间所干扰的稳定的温度场，而太阳照射建筑物面层所形成的温度场则是一个随时间的变化而改变的不稳定的温度场。

这个稳定的温度场的变化有很多，它可以是年为周期即是一年的平均温度变化，也可以是月则是一个月的平均温度，还可以是日则是一天内的平均温度。

而不稳定的温度场则是与之对应周期的最高温度和最低温度的极差。如果把这个不稳定的温度场用傅里叶级数进行解释的话，则可以完全的解释出这一不稳定的温场变化。（1）波幅的衰减系数等于e-根号下a（材料的导温系数平方米每小时）t的x次平方分之π，（2）波传导的延迟时间等于二分之一x（离物体表面的距离米）根号下aπ分之t（波动周期小时）通过之上的两个公式便可得出不稳定的温度场的周期变化，这个温度的影响强度随距离的增加而减小，并且强度持续的时间也是有一定的延迟，这就说明了在外的温度达到最高的时候，其结构内部的温度其实没有达到最高，而在结构内部的温度达到了最高的时候，而面层的温度确是早就已经降了下来。这类温度的波动很大，因此抽取温度的方式对其是不准确的，对其的检测方式最为合适的便是把周期缩短，这样就可以很为准确可靠的进行测控，所以以日作为温度周期是最为稳妥的。

2.3环境温度的取值

在环境温度的取值中，通常采用的方法是室外的温度选择三十年内夏季出现最高的日平均温度和三十年内冬季出现最低的日平均温度，并且在使用的过程时，夏季选用空调的设计温度，而冬季便是选用采暖温度，然后通过计算得出太阳的辐射温度的平均的数值，而结构的初始温度则是选择环境的空气温度。

3、杆端约束内力

对于杆端约束内力来说，不稳定的温度场在对于传导过程之中，温度的波幅以及传导的速度都是不够的。不过在建筑物的保护结构中，都是经过了抗热设计的，也就是说都有很强的热阻性，因此对于不稳定的温度场的影响度是可以忽略不计的，也就是说在现场的施工时，采用热阻的保护结构则可以直接考虑空气温度则已。

在我国的建筑施工设计中，建筑结构通常的都是以梁柱墙以及楼板等等构成，在没有内部的热源进行导热的时候，相对较薄的墙以及板都是比较稳定的温度，其只能是顺着厚的方向进行温度的改变，梁柱则是以中轴向外进行改变。

4、界面温度

对于建筑结构的面层温度，在一般的情况下，就是每个材料面层温度都是需要控制的，比如水泥砂浆层的温度外墙保温层等等。然后了解每个材料的层次温度后再根据环境的温度从而得以经过多层材料传热后的面层温度。

5、举例

在一个建筑物的夏季屋外的环境空气温度是三十六点九摄氏度，而屋内的空调的设计温度是二十六摄氏度，屋表面的太阳照射的温度是二十三摄氏度。通过相关的计算后，屋表面的各个界面温度可以如下：地砖厚度为0.006米，最终的界面温度为五十九摄氏度，水泥砂浆的找平层0.02米，最终界面温度为五十八摄氏度，防水层0.01米，最终的界面温度五十五摄氏度，水泥砂浆保护层0.02米，最终界面温度五十四摄氏度，保温层0.1米，最终界面温度三十五摄氏度，钢筋混凝土板0.15米，最终界面温度三十一摄氏度，粉刷0.02米，最终界面温度三十摄氏度，内表面的热交换二十六摄氏度，通过以上举例可以看出热传导的过程。

结语：

温度作用对于混凝土结构的影响很为关键，它关乎到一个结构的质量问题，并且对于温度的热传导，也是不稳定的，其随之时间的变化而改变，但是这中都是有规律的，通过计算可以进行控制，本文相关公式以及举例进行的这类温度作用以及結构设计的探讨以及建议，希望对之后的结构设计有一定的帮助。

参考文献：

[1]王铁梦.建筑物的裂缝控制.上海.上海科学技术出版社，1987.

[2]梅泰. 祝永年.混凝土的结构、性能与材料[M].上海同济大学出版社，1991.

作者简介：

陈金祥，湖州市城市规划设计研究院；

潘浩亮，湖州市城市规划设计研究院。