5.4　温度影响

由于大气温度变化在结构中产生的内力称为温度应力。温度应力对建筑物在高度方向与长度方向都会产生一定影响。一般说来，如果采取了必要的保温措施，温度变化对于多高层建筑结构的影响并不严重。近年来，很多高层建筑（包括钢结构与钢筋混凝土结构）带有部分或全部暴露于室外的柱，当昼夜或季节的温度变化时，暴露构件的长度将发生变化，而建筑内部的构件基本上处在常温的环境下。尽管对于某一层而言，温度变化引起的构件长度变化是微小的，但随着层数增加，温度引起的变形不断积累，在顶层达到最大值。对于20层以上的建筑，这种影响有可能是很明显的，因而有必要了解温度变化对结构构件的作用，以及对非承重构件（如内隔墙出现裂缝）的影响。

在大气温度的变化范围内，由于温度变化引起的材料伸缩是线性的。外柱长度的变化将强制边跨的梁、板产生竖向变形，在梁、板引起弯矩，在柱中引起附加弯矩及轴力。边梁与边柱有时也会由于其正、背两面之间的温差产生附加弯矩，特别是当只有部分暴露于室外时，由于温差引起的温度应力应当引起设计人员的充分注意。

对因室内外温差引起构件的变形量进行计算时，合理地确定建筑结构的设计温度是十分重要的。位于建筑内部的构件处在一个相对不变的温度环境中，而位于室外的构件将受到大气温度剧烈变化及日光照射的影响。控制热传导的主要因素是时间间隔与温差幅值，它取决于气温变化的频率及构件的导热性能。由于稳态热传导需要边界温度在相当长的时间内保持不变，因而实际上稳态条件是很难达到的。不同材料的导热性能差异很大，例如，与混凝土相比，钢材的导热性能要好得多。根据国外的研究，可以取所在地区40年一遇的最低平均日气温作为等效稳态设计温度。设计温差即是室内外平均温度之差，通常冬季的温差大于夏季。

由于温差引起构件轴线长度的变化，相当于在构件上作用等效轴力N为

其中，A为构件的截面面积，t_av为平均温差，α为材料的线性膨胀系数，对于钢材，α=11.7×10^-6/℃。(www.daowen.com)

温度梯度引起构件的等效初始弯矩为

对于角柱，还可以考虑双向弯曲的影响。

温度应力引起的初始轴力和弯矩可以用普通的线弹性方法计算。对于带有部分或全部暴露外柱的结构，外柱的温度变形仅对边跨构件影响比较明显。由于内柱不会发生相对伸缩变形，可以认为结构边跨以内的构件不受温度变形的影响。

对多高层建筑结构，大气温度的变化还会引起结构在水平方向的变形及相应的内力。温度应力造成的危害在结构的顶层与首层比较常见。由于建筑的屋顶层直接与大气环境接触，温度变化剧烈，而首层的温度变形将受到刚度很大的基础的约束作用。建筑物愈长，楼板在长度方向由于温度变化引起的伸缩变形量就愈大。当楼板的变形受到竖向构件的约束时，楼板就会出现受拉或受压的情况，竖向构件也相应地受到推力或拉力的作用，在构件中引起温度内力。

对于高层钢结构，楼板通常采用压型钢板组合楼板，压型钢板有时仅作为模板使用。由于钢筋混凝土不是理想的弹性材料，温度应力的理论计算比较困难，实际的内力值往往远小于按弹性结构的计算值，所以楼板的温差变形问题主要应通过构造措施加以解决。为了消除和减弱温度和混凝土收缩对结构造成的危害，《混凝土结构设计规范》规定，当建筑的长度超过一定限度后需要设置温度伸缩缝。与钢筋混凝土结构类似，高层钢结构楼板每隔30～40m也应设置一道后浇带，尽量减小混凝土的收缩应力。后浇带在2个月后用强度等级高一级的微膨胀混凝土封闭。还可以采用每隔一定距离设置控制缝的办法，将温度变形的影响集中于某些特定的部位。屋面应采取有效的隔热保温措施，或设置架空层，避免屋面的钢筋混凝土板温度变化太大。在屋面等受温度变化影响较大的部位，应通长配置构造钢筋，提高混凝土的抗裂能力。如果在建筑方案中，有意识地将屋顶做成高低错落的形式，可以有效地减小楼板的尺度，从而可以大大减小温度应力的影响。