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摘要：由于混凝土结构的热传导性能差，其内外表面不断以辐射、对流和传导等方式与周围空气介质进行的热交换等作用，将使表面温度迅速上升（降低），但结构的内部温度仍处于原来状态，在混凝土结构中形成较大的温度梯度，混凝土结构的各部分处于不同温度状态。由此产生的温度变形，当被结构的内外约束阻碍时，会产生相当大的温差应力。
关键词：超长混凝土结构；温度应力；温度场；温差荷载；混凝土开裂；耐久性；配筋量
1引言
目前，在一般的超长建筑结构设计的过程中，往往忽略由太阳日辐射产生的温度荷载。这对于混凝土表层有贴面，并不直接暴露于太阳直射下的结构来说是可以接受的，但对于混凝土外没有保护贴面的，特别是些体积比较庞大的超长结构来说，是远远不够的。许多工程结构在施工与使用中发生严重的裂损现象表明，还存在引起结构物裂损的温差荷载。
2超长混凝土结构温度场研究进展
温度应力是超长框架结构设计需要考虑的重要因素，而建筑物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础，是决定温度应力结果合理与否的关键，因此在建筑材料导热的基础上对整个结构温度场的计算分析是必要的。
在大体积超长混凝土结构中，温度场的发展过程可以分为三个阶段：①早期温度场，自浇筑混凝土开始，至水泥放热作用基本结束时止，一般约一个月左右。此阶段特点：因水泥水化热作用而放出大量水化热，引起温度场的急剧变化；②中期温度场，自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时止。这时的温度场是由于混凝土冷却及外界温度变化所引起的；③晚期温度场，混凝土完全冷却以后的运行期，温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起的，故又称为运行期温度场。
一般认为，结构在运行期间的温度荷载有以下3类：①季节温差指结构闭合阶段的施工期温度与使用阶段温度之差，也称结构中面温差，由极缓慢的气温变化所致；②骤降温差主要是强冷空气的侵袭作用和日落后夜间形成的内高外低温差；③日照温差指同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温差。
有学者认为：在使用期间，建筑物的环境温度由空气温度加上太阳热辐射在建物表面产生的日照温度组成。空气温度对建筑物来说是一个均匀分布的温度场，它所产生的建筑物表面温度可由空气与建筑物表面之间进行热交换得到，因此建筑物的表面温度通常与空气温度不相等。日照温度是由建筑物表面直接吸收太阳热辐射产生，它无需空气传导直接就是建筑物的表面温度。由于日照具有方向性，因此日照温度对建筑物来说是一个非均匀分布的温度场。无论是空气温度还是日照温度它所对应的温度场都可以看成是一个与时间无关的稳态温度场和一个随时间周期变化的非稳态温度场叠加组成。这个周期可以是年，也可以是月、日。稳态场的温度是该周期时间段内的平均温度，即年平均温度、月平均温度、日平均温度，它的导热过程是稳态导热。非稳态场的波动幅度是相应周期内最高、最低温度与平均温度之差，它的导热过程是非稳态导热。建筑物周围周期性变化的非稳态温度场，其温度波在物体内传导过程中波动强度随跟离增加而衰减，波的峰值时间随距离增加而延迟。这就意味着，外部环境温度最高时构件内温度不是最高，当构件内温度达到峰值时外部环境温度早就降下来了。即这种峰值除本身已经衰减外，由于外界条件的改变时间上也难以维持。因此，取瞬时温度作为环境温度来进行结构温度作用的分析是不必要的。然而，温度波动周期取得短，分析的可靠度相对就高，这一点也是明显的。综上所述，温度作用分析时温度变化周期以日为宜。
3超长混凝土结构温度应力控制措施研究进展
早期主要是设计者根据规范和自己的经验采取在结构中设置温度伸缩缝的措施，来释放温度应力。而在不留温度伸缩缝的超长混凝土框架结构中主要采取以下几种措施：
（l）在混凝土中掺人一定比例的复合纤维，以提高混凝土的抗拉性能。加入混凝土的纤维有阻裂效应，能延缓裂缝的产生和发展，减少及细化裂缝。同时，也可以将裂缝尖端的应力集中，防止裂缝的进一步发展。加入的纤维呈三维无规则分布，也可以削弱混凝土的塑性收缩。
（2）在超长混凝土框架结构中建立有效的预压应力，对控制温度应力非常有效。与常规的结构不同的是，在超长结构中施加预应力会产生很大的预应力损失，若依旧沿用规范中计算预应力损失的系数将会偏与不安全，因此这成为一个非常值得研究的课题。在张拉预应力筋的时间选择问题上，吕志涛等人认为采用早期张拉部分预应力筋的方法，后浇带的间距可为50-80m，后浇带留的时间最好为两个月，不宜少于6周，使得混凝土充分收缩之后再封后浇带，这样做可以对混凝土早期收缩应力有一定的控制作用，还可以减少混凝土后期的收缩。郝志军等人对北大医院二部病房楼工程混凝土超长板温度应力的分布及无粘结预应力抵抗收缩和温度应力的作用效果进行了计算分析，并对比了两种施加预应力的操作方案。得出竖向结构体系对板自由变形的约束是板内产生收缩及温度应力的最主要原因，而且还会导致预应力损失的增加，降低了预应力的作用效果。并提出，在配置相同预应力筋的条件下，预应力筋张拉操作的程序会对预应力的施加效果产生影响。另外还得出，当超长板的一个方向上配置了预应力筋，预应力作用力会在垂直方向上产生拉应力，因此有必要在垂直方向上配置一定数量的预应力筋，利用正交的两个方向的预应力筋来抵抗板内收缩应力和温度应力。
对于预应力措施的经济性，吕志涛等人认为，按目前的预应力施工价格，即使使用预应力筋等强代换普通钢筋亦是经济的。并认为对于长度超过100m的混凝土结构宜采用预应力技术。
施加预应力是一种主动方式，如果施加得当，它能有效地将预加应力传递到楼板上，使楼板产生一定量的预压力，从而平衡降温导致的拉应力。使楼板不至于开裂。但对于抗侧刚度较大，且分布在两侧的结构，如端跨设有较强的纵向剪力墙时，施加的预应力则往往会让剪力墙抵抗掉一部分，很难完全传递到楼板上，这就降低了预应力筋的效率。
（3）加强楼板配筋，这是一种被动方式，通过配筋量的增加来分担混凝土楼板中的收缩应力，使板中的拉应力控制在一定程度内，避免楼板出现大裂缝。这种方法的难度在于如何简便有效地确定需要增加的配筋量，以往的习惯是将板筋配到一定量或放大1.5倍、1.8倍等，但都没有一个定量的说法，巢斯和邓永辉通过计算分析给出一个简便可行的定量计算方法。
4结束语
通过大量试验研究表明，短时的变化急剧的太阳辐射引起的结构温度变化和骤然降温（包括日落降温、寒流等）引起的结构温度变化，对混凝土结构的影响比长期缓慢的年气温荷载影响更大。太阳辐射等引起的温度变化荷载将产生相当大的温差应力，致使混凝土工程结构发生严重裂损。
参考文献：
[1] 刘兴法. 混凝土结构的温度应力分析[M]. 北京：人民交通出版社，1991
[2] 顾渭建. 钢筋混凝土高层建筑超长屋盖温度场的理论分析[J]. 工程力学，2001，（Z）：323-327
[3] 朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制[M]. 北京：中国电力出版社，1999
[4] 王俊芝. 弹性固体力学[M]. 北京：中国铁道出版社，1990
[5] 王洪纲. 热弹性力学[M]. 北京：清华大学出版社，1989
作者简介：白海涛（1979－），男，汉族，宁夏银川人，2004年毕业于宁夏大学土木工程专业，获工学学士学位，现主要从事建筑结构设计方面的工作。
关键词：超长混凝土结构；温度应力；温度场；温差荷载；混凝土开裂；耐久性；配筋量
1引言
目前，在一般的超长建筑结构设计的过程中，往往忽略由太阳日辐射产生的温度荷载。这对于混凝土表层有贴面，并不直接暴露于太阳直射下的结构来说是可以接受的，但对于混凝土外没有保护贴面的，特别是些体积比较庞大的超长结构来说，是远远不够的。许多工程结构在施工与使用中发生严重的裂损现象表明，还存在引起结构物裂损的温差荷载。
2超长混凝土结构温度场研究进展
温度应力是超长框架结构设计需要考虑的重要因素，而建筑物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础，是决定温度应力结果合理与否的关键，因此在建筑材料导热的基础上对整个结构温度场的计算分析是必要的。
在大体积超长混凝土结构中，温度场的发展过程可以分为三个阶段：①早期温度场，自浇筑混凝土开始，至水泥放热作用基本结束时止，一般约一个月左右。此阶段特点：因水泥水化热作用而放出大量水化热，引起温度场的急剧变化；②中期温度场，自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时止。这时的温度场是由于混凝土冷却及外界温度变化所引起的；③晚期温度场，混凝土完全冷却以后的运行期，温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起的，故又称为运行期温度场。
一般认为，结构在运行期间的温度荷载有以下3类：①季节温差指结构闭合阶段的施工期温度与使用阶段温度之差，也称结构中面温差，由极缓慢的气温变化所致；②骤降温差主要是强冷空气的侵袭作用和日落后夜间形成的内高外低温差；③日照温差指同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温差。
有学者认为：在使用期间，建筑物的环境温度由空气温度加上太阳热辐射在建物表面产生的日照温度组成。空气温度对建筑物来说是一个均匀分布的温度场，它所产生的建筑物表面温度可由空气与建筑物表面之间进行热交换得到，因此建筑物的表面温度通常与空气温度不相等。日照温度是由建筑物表面直接吸收太阳热辐射产生，它无需空气传导直接就是建筑物的表面温度。由于日照具有方向性，因此日照温度对建筑物来说是一个非均匀分布的温度场。无论是空气温度还是日照温度它所对应的温度场都可以看成是一个与时间无关的稳态温度场和一个随时间周期变化的非稳态温度场叠加组成。这个周期可以是年，也可以是月、日。稳态场的温度是该周期时间段内的平均温度，即年平均温度、月平均温度、日平均温度，它的导热过程是稳态导热。非稳态场的波动幅度是相应周期内最高、最低温度与平均温度之差，它的导热过程是非稳态导热。建筑物周围周期性变化的非稳态温度场，其温度波在物体内传导过程中波动强度随跟离增加而衰减，波的峰值时间随距离增加而延迟。这就意味着，外部环境温度最高时构件内温度不是最高，当构件内温度达到峰值时外部环境温度早就降下来了。即这种峰值除本身已经衰减外，由于外界条件的改变时间上也难以维持。因此，取瞬时温度作为环境温度来进行结构温度作用的分析是不必要的。然而，温度波动周期取得短，分析的可靠度相对就高，这一点也是明显的。综上所述，温度作用分析时温度变化周期以日为宜。
3超长混凝土结构温度应力控制措施研究进展
早期主要是设计者根据规范和自己的经验采取在结构中设置温度伸缩缝的措施，来释放温度应力。而在不留温度伸缩缝的超长混凝土框架结构中主要采取以下几种措施：
（l）在混凝土中掺人一定比例的复合纤维，以提高混凝土的抗拉性能。加入混凝土的纤维有阻裂效应，能延缓裂缝的产生和发展，减少及细化裂缝。同时，也可以将裂缝尖端的应力集中，防止裂缝的进一步发展。加入的纤维呈三维无规则分布，也可以削弱混凝土的塑性收缩。
（2）在超长混凝土框架结构中建立有效的预压应力，对控制温度应力非常有效。与常规的结构不同的是，在超长结构中施加预应力会产生很大的预应力损失，若依旧沿用规范中计算预应力损失的系数将会偏与不安全，因此这成为一个非常值得研究的课题。在张拉预应力筋的时间选择问题上，吕志涛等人认为采用早期张拉部分预应力筋的方法，后浇带的间距可为50-80m，后浇带留的时间最好为两个月，不宜少于6周，使得混凝土充分收缩之后再封后浇带，这样做可以对混凝土早期收缩应力有一定的控制作用，还可以减少混凝土后期的收缩。郝志军等人对北大医院二部病房楼工程混凝土超长板温度应力的分布及无粘结预应力抵抗收缩和温度应力的作用效果进行了计算分析，并对比了两种施加预应力的操作方案。得出竖向结构体系对板自由变形的约束是板内产生收缩及温度应力的最主要原因，而且还会导致预应力损失的增加，降低了预应力的作用效果。并提出，在配置相同预应力筋的条件下，预应力筋张拉操作的程序会对预应力的施加效果产生影响。另外还得出，当超长板的一个方向上配置了预应力筋，预应力作用力会在垂直方向上产生拉应力，因此有必要在垂直方向上配置一定数量的预应力筋，利用正交的两个方向的预应力筋来抵抗板内收缩应力和温度应力。
对于预应力措施的经济性，吕志涛等人认为，按目前的预应力施工价格，即使使用预应力筋等强代换普通钢筋亦是经济的。并认为对于长度超过100m的混凝土结构宜采用预应力技术。
施加预应力是一种主动方式，如果施加得当，它能有效地将预加应力传递到楼板上，使楼板产生一定量的预压力，从而平衡降温导致的拉应力。使楼板不至于开裂。但对于抗侧刚度较大，且分布在两侧的结构，如端跨设有较强的纵向剪力墙时，施加的预应力则往往会让剪力墙抵抗掉一部分，很难完全传递到楼板上，这就降低了预应力筋的效率。
（3）加强楼板配筋，这是一种被动方式，通过配筋量的增加来分担混凝土楼板中的收缩应力，使板中的拉应力控制在一定程度内，避免楼板出现大裂缝。这种方法的难度在于如何简便有效地确定需要增加的配筋量，以往的习惯是将板筋配到一定量或放大1.5倍、1.8倍等，但都没有一个定量的说法，巢斯和邓永辉通过计算分析给出一个简便可行的定量计算方法。
4结束语
通过大量试验研究表明，短时的变化急剧的太阳辐射引起的结构温度变化和骤然降温（包括日落降温、寒流等）引起的结构温度变化，对混凝土结构的影响比长期缓慢的年气温荷载影响更大。太阳辐射等引起的温度变化荷载将产生相当大的温差应力，致使混凝土工程结构发生严重裂损。
参考文献：
[1] 刘兴法. 混凝土结构的温度应力分析[M]. 北京：人民交通出版社，1991
[2] 顾渭建. 钢筋混凝土高层建筑超长屋盖温度场的理论分析[J]. 工程力学，2001，（Z）：323-327
[3] 朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制[M]. 北京：中国电力出版社，1999
[4] 王俊芝. 弹性固体力学[M]. 北京：中国铁道出版社，1990
[5] 王洪纲. 热弹性力学[M]. 北京：清华大学出版社，1989
作者简介：白海涛（1979－），男，汉族，宁夏银川人，2004年毕业于宁夏大学土木工程专业，获工学学士学位，现主要从事建筑结构设计方面的工作。