最近，歐洲遭遇罕見極端高溫，法國多地氣溫突破40攝氏度。法國巴黎地標建筑埃菲爾鐵塔在持續高溫下“長高”了——塔身垂直高度較常溫狀態增加約10厘米。

　　那麼，三百多米高的鋼鐵巨塔為何會被高溫“拉長”？普通建筑的“身高”是否也會出現類似波動？這種變化會影響建筑安全嗎？帶著這些問題，科技日報記者採訪了相關專家，為您一探究竟。

　　熱脹冷縮導致的正常現象

　　“埃菲爾鐵塔的‘長高’本質上是材料熱脹冷縮規律的宏觀表現，並非異常。其變化幅度由材料的線膨脹系數及結構尺度共同決定。”北京交通大學物理科學與工程學院教授陳征介紹，埃菲爾鐵塔主體由約7300噸熟鐵構件鉚接而成，鐵的線膨脹系數約為12.5×10-6/℃，即溫度每升高1攝氏度，鐵材料單位長度的伸長量為其原長的12.5乘以10的負6次方倍。以塔身總高約330米估算，塔體溫度每升高1攝氏度，理論高度增量約為4.1毫米﹔若季節溫差達40攝氏度，則總伸長量約為16厘米。

　　陳征介紹，這種變化是完全可逆的，在高溫下“長高”的建筑，冬季氣溫降低時會相應“變矮”，回歸低溫狀態下的尺寸。只要溫度變化沒有超出材料的彈性極限，熱脹冷縮就是單純的彈性物理過程，不會產生永久變形。

　　高聳鋼結構與大跨度鋼結構建筑的“熱長高”現象最為明顯。除埃菲爾鐵塔外，我國的廣州塔、國家體育場（鳥巢）等建筑都存在溫度變形。特別是大跨度橋梁的鋼箱梁在夏季高溫下伸長量可以達到數十厘米。

　　而鋼筋混凝土建筑的熱變形就相對平緩。陳征介紹，鋼筋與混凝土的熱膨脹系數接近，二者可協同變形，且混凝土導熱性較差，內部溫度梯度較小，日常溫差引起的尺寸變化通常在毫米級以下，一般人難以察覺。磚石砌體、傳統木結構建筑的熱脹冷縮效應最不顯著，日常溫差下的尺寸變化幾乎無法察覺。

　　除豎向伸縮外，非均勻日照亦會使鋼鐵建筑產生熱致位移現象。白天，太陽單側照射會使埃菲爾鐵塔塔身迎光面與背光面形成溫差，兩側膨脹量不等，導致塔頂沿水平方向產生緩慢偏移。夜間，當氣溫回落后，塔頂會自動歸位。此類熱致位移現象在所有露天鋼結構中都存在，只是埃菲爾鐵塔因個頭大而更明顯。

　　全鏈條技術體系提升安全性

　　“正常熱脹冷縮引起的自由變形本身不會危及結構安全。”陳征介紹，隻有當建筑結構構件因溫度變化產生的自由熱變形，受到外部約束，無法按自然狀態自由發展時，才會在構件內部積累起溫度應力（又稱熱應力），進而引發一系列工程問題。

　　溫度應力對混凝土結構與鋼結構的作用機理截然不同。對於混凝土結構，當構件熱變形受約束而產生拉應力時，若該應力超過混凝土的抗拉強度，便會引發溫度裂縫。此類裂縫常見於大體積混凝土基礎、外露屋面板及超長框架梁等約束較強的部位。裂縫的存在會為水分及腐蝕性介質（如氯離子、二氧化碳）提供滲透通道，長期作用下可能加速內部鋼筋的鏽蝕進程，進而削弱結構的耐久性。

　　對於鋼結構，其勻質材料的抗拉強度遠高於混凝土，一般不會因單次溫度應力直接開裂。真正的風險在於，反復的熱脹冷縮循環會使構件連接節點（如焊縫、高強螺栓）承受交變應力。在極端高溫事件出現頻次增加的背景下，這種長期累積的循環載荷可能誘發局部金屬疲勞，從而影響節點的長期工作性能。以埃菲爾鐵塔為例，若未來極端高溫天氣持續反復出現，其多個鉚接節點的疲勞老化速率可能會加快。

　　陳征介紹，隨著全球氣候變暖，極端高溫出現頻次增加、強度提升，我國工程領域已形成從設計到運維的全鏈條技術方案，持續提升建筑的溫度適應性與結構穩定性。

　　被動補償技術是目前應用最廣泛的主流方案，伸縮縫、滑動支座、滑移節點等傳統技術經過多年迭代已十分成熟。例如，國家體育場屋蓋設置的多向滑移節點，可容納數厘米的溫度位移﹔大跨度採光頂採用的雙向滑動支座，能同時抵消板材兩個方向的熱變形﹔大型橋梁配備的模數式伸縮裝置，可適應數十厘米的伸縮量。

　　隨著極端天氣常態化，提升建筑的“熱韌性”已成為城市建設的重要議題，更多新材料、新技術的應用將為建筑筑牢安全防線。