有关钢筋混凝土高层建筑结构温度变形及温度内力研究

摘要：随着我国建筑行业的迅猛发展，对建筑中的细节要求也越来越高，也相应的在结构上面带来了很多新的问题，高层建筑温度效应便是众多问题之一。本文结合混凝土结构的温度变形以及其内力的具体研究状况，探讨了钢筋混凝土温度分布的具体规律，以供大家参考。

关键词：钢筋混凝土；高层建筑；温度变形；温度内力

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

一、混凝土结构的温度变形以及内力的具体研究状况

当前国内外专家学者对于钢筋混凝土结构内部的温度变形以及内力做出了多方面的研究，选用了许多现场实验观测以及理论等方式进行探索与研究。通常而言，造成高层建筑出现温度效应的主要原因包括以下两个方面：一方面是由于高层建筑进行跨季节施工，从而由于气温的变化所产生的温度效应，主要表现为年温度的荷载；另一方面则是当建筑投入使用之后，鉴于室内与室外温度的偏差所产生的温度效应，主要表现为日照温度的荷载以及气温骤降温度荷载。

其主要研究内容为简要的论述混凝土温度裂缝以及对温度分布造成影响的温度和荷载的具体取值。其

次要结合混凝土的具体热物理特性以及热传导的基本概念，来探讨混凝土结构中其温度的具体分布规律。之后科学的论述高层建筑结构温度变形以及内力的相关规律，同时分析其温度变形与内力的具体计算方法，一般包含数解法与迭代法。最后要结合上面的结果，来具体的提出有效控制高层建筑结构的具体温度变形以及其内力的有效措施。

二、高层建筑结构受到温度的变化影响的温度变形以及内力的具体分析

本人对高层建筑结构受到温度的变化影响以及温度变形进行分析，选用的结构为一种虚拟方式的内筒外框式结构，一共50层，每层高3.6m，建筑总高度为180m。其平面以及立面的布置如下图一所示。

图一：建筑基本计算模型

（平面图）

（立面图）

为了有效的比较与分析该结构构建的尺寸变化以及不同的机构形式对于温度变形与内力的影响。本文分析了三中变换模型，具体分为：减少柱截面、梁截面以及增加加强层。这三种模型的主要结构构建的截面尺寸见下图二，设置混凝土的强度等级为C60：

图二：计算模型的主要构件的尺寸

对该建筑的结构构件尺寸以及不同的结构形式对于温度变形以及内力所造成的影响进行了详细的分析与论述，在对其进行受力分析的过程中首先进行了以下四种条件的基本假定：假设高层结构其外柱的温度分布一般为线性；在进行分析的过程中不参考混凝土的收缩以及徐变；把楼板的刚度考虑到梁中，同时将梁柱作为T形的具体截面；由于梁同柱子均是带裂缝进行工作，因此要对高层建筑的梁与柱子的刚度乘以0.85之后进行系数的折减。

本文在具体的测量高层建筑其受到温度的具体变化与影响所导致的温度变形与温度内力时，一共参考了四种温度荷载的相关情况，首先要参考建筑进行施工过程中温度的具体变化，其次要考虑室内和室外的整体温度差，第三要参考竖向构件的局部温差，第四要考虑高层建筑的结构屋面受到日光照射的具体影响。

鉴于各个楼层结构的施工具体时间不相同，可以每五层来作为一个层次施加温度作用，假设各个层次的构件，其温度变化相关情况如下图三所示：

图三：各个楼层构件的具体温度变化情况

针对上述情况， 可以分别得出四种结构模型，采用SAP93程序对于空间进行整体分析，得到了相关结构变形：

竖向变形

图四：角柱A1的竖向位移曲线

（2）侧向变形

图五：角柱A1的侧移曲线

图六：边柱B1的侧移曲线

从上图可以得出相关规律：建筑底层柱的下端，其受到固定端的约束位移为零；侧移随着第一层开始逐渐增大，在第四层侧移处，其房屋的角部以及侧边达到了最大值；侧移值从第五层开始，以阶梯状逐渐下降，到顶部时，侧移值最小。

三、减少以及控制相关温度效应的具体对策

3.1温度变形以及温度的内力对于结构的具体影响

通常而言，可以将温度变化导致结构所引起的附加的内力，能够简要概括为以下几种方式：

（1）鉴于在高层建筑施工的过程中，出于温度方面的变化，导致高层建筑底层的柱子中所产生的附加剪力以及附加的弯矩比较大；

（2）鉴于内部与外部，其整体温度差异，会产生结构的横梁之中所产生的附加的剪力以及附加的弯矩，尤其在顶层的楼层部位比较突出；

（3）高层建筑内部与外部的温度一样会给外柱产生相同的附加轴向力，尤其在底层的柱子中表现的最为明显，数值也比较大；

（4）高层建筑的屋顶由于受到日光照射的影响，从而导致顶部的楼层柱子中会产生一定的附加剪力与附加的弯矩。

3.2减少或者控制温度效应的具体对策

针对上述情况，可以采取以下措施来有效的减少以及控制温度效应对于高层建筑的影响：

（1）要采取相应的措施来减少竖向的构件其断面或者不断的增加其衡量断面以及配筋；

（2）可以在高层建筑外部设置刚性的加强层，从而在一定程度上面来不断的调整其竖向构件之间不均匀变形；

（3）合理的安排相应的施工顺序，不断的缩短其施工工期；

（4）对于一些长度超过限定值的房屋，可以设置相应的伸缩缝来减少温度效应对其的影响；

（5）在混凝土进行搅拌的过程中，可以添加一些用量较少的化学添加剂，从而补偿由于混凝土收缩所带来的温度效应；

（6）对于一些过长的高层建筑，可以选取合适的距离，来对高层建筑的结构未产生较大影响的位置进行设置之后浇缝，一些条件允许的情况下可以将浇缝同钢筋进行合理搭配的方式，来有效的替代伸缩缝。

（7）对于一些温度变化比较剧烈的地区可以使用一些能够保温与隔热的材料。

（8）可以将结构的顶部楼层，其横梁由刚接转换为铰接,这种方式能够有效的释放温度的内力。

结束语：

随着改革开放以来经济的不断发展和城市建设的不断扩张，城市的土地资源日益的稀缺，高层建筑在城市建设大潮中不断涌出。高层建筑使城市的现代化气息越来越浓郁，为城市居民带来了更多的使用空间、更多的绿地。然而其也给结构上面产生一些新的问题，其中温度效应即是里面一个较为显著的问题。通过科学研究可以得知，当高层建筑的总体高度超过150m时，其建筑物的竖向构件的温度变形，以及其所产生的温度内力已经很难忽略，但现阶段我国对于温差未制定一个具体的标准与规范，相关部门应该加强对这一方面的重视。

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