科技日报记者 都芃
最近，欧洲遭遇罕见极端高温，法国多地气温突破40摄氏度。法国巴黎地标建筑埃菲尔铁塔在持续高温下“长高”了——塔身垂直高度较常温状态增加约10厘米。
那么，三百多米高的钢铁巨塔为何会被高温“拉长”？普通建筑的“身高”是否也会出现类似波动？这种变化会影响建筑安全吗？带着这些问题，科技日报记者采访了相关专家，为您一探究竟。
热胀冷缩导致的正常现象
“埃菲尔铁塔的‘长高’本质上是材料热胀冷缩规律的宏观表现，并非异常。其变化幅度由材料的线膨胀系数及结构尺度共同决定。”北京交通大学物理科学与工程学院教授陈征介绍，埃菲尔铁塔主体由约7300吨熟铁构件铆接而成，铁的线膨胀系数约为12.5×10-6/℃，即温度每升高1摄氏度，铁材料单位长度的伸长量为其原长的12.5乘以10的负6次方倍。以塔身总高约330米估算，塔体温度每升高1摄氏度，理论高度增量约为4.1毫米；若季节温差达40摄氏度，则总伸长量约为16厘米。
陈征介绍，这种变化是完全可逆的，在高温下“长高”的建筑，冬季气温降低时会相应“变矮”，回归低温状态下的尺寸。只要温度变化没有超出材料的弹性极限，热胀冷缩就是单纯的弹性物理过程，不会产生永久变形。
高耸钢结构与大跨度钢结构建筑的“热长高”现象最为明显。除埃菲尔铁塔外，我国的广州塔、国家体育场（鸟巢）等建筑都存在温度变形。特别是大跨度桥梁的钢箱梁在夏季高温下伸长量可以达到数十厘米。
而钢筋混凝土建筑的热变形就相对平缓。陈征介绍，钢筋与混凝土的热膨胀系数接近，二者可协同变形，且混凝土导热性较差，内部温度梯度较小，日常温差引起的尺寸变化通常在毫米级以下，一般人难以察觉。砖石砌体、传统木结构建筑的热胀冷缩效应最不显著，日常温差下的尺寸变化几乎无法察觉。
除竖向伸缩外，非均匀日照亦会使钢铁建筑产生热致位移现象。白天，太阳单侧照射会使埃菲尔铁塔塔身迎光面与背光面形成温差，两侧膨胀量不等，导致塔顶沿水平方向产生缓慢偏移。夜间，当气温回落后，塔顶会自动归位。此类热致位移现象在所有露天钢结构中都存在，只是埃菲尔铁塔因个头大而更明显。
全链条技术体系提升安全性
“正常热胀冷缩引起的自由变形本身不会危及结构安全。”陈征介绍，只有当建筑结构构件因温度变化产生的自由热变形，受到外部约束，无法按自然状态自由发展时，才会在构件内部积累起温度应力（又称热应力），进而引发一系列工程问题。
温度应力对混凝土结构与钢结构的作用机理截然不同。对于混凝土结构，当构件热变形受约束而产生拉应力时，若该应力超过混凝土的抗拉强度，便会引发温度裂缝。此类裂缝常见于大体积混凝土基础、外露屋面板及超长框架梁等约束较强的部位。裂缝的存在会为水分及腐蚀性介质（如氯离子、二氧化碳）提供渗透通道，长期作用下可能加速内部钢筋的锈蚀进程，进而削弱结构的耐久性。
对于钢结构，其匀质材料的抗拉强度远高于混凝土，一般不会因单次温度应力直接开裂。真正的风险在于，反复的热胀冷缩循环会使构件连接节点（如焊缝、高强螺栓）承受交变应力。在极端高温事件出现频次增加的背景下，这种长期累积的循环载荷可能诱发局部金属疲劳，从而影响节点的长期工作性能。以埃菲尔铁塔为例，若未来极端高温天气持续反复出现，其多个铆接节点的疲劳老化速率可能会加快。
陈征介绍，随着全球气候变暖，极端高温出现频次增加、强度提升，我国工程领域已形成从设计到运维的全链条技术方案，持续提升建筑的温度适应性与结构稳定性。
被动补偿技术是目前应用最广泛的主流方案，伸缩缝、滑动支座、滑移节点等传统技术经过多年迭代已十分成熟。例如，国家体育场屋盖设置的多向滑移节点，可容纳数厘米的温度位移；大跨度采光顶采用的双向滑动支座，能同时抵消板材两个方向的热变形；大型桥梁配备的模数式伸缩装置，可适应数十厘米的伸缩量。
随着极端天气常态化，提升建筑的“热韧性”已成为城市建设的重要议题，更多新材料、新技术的应用将为建筑筑牢安全防线。
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