PMSAP温度应力分析讲解
超长结构温度应力计算探讨
超长结构温度应力计算探讨一、温度作用的特点：温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用，具有以下特点：1）温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用，属于间接作用；2）温度作用随外界环境的变化而变化，有明显的时间性，属于可变作用；3）建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响，因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程；4）引起结构温度变化因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素（如火灾）等，诱因多样性使温度作用有别于其它（荷载）作用。
二、温度作用的规范规定：2.1什么时候需要进行温度作用计算根据温度作用的特点可知，结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。
表1为常用材料线膨胀系数αT，可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。
正因为如此，在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。
材料确定的情况下，长度越长，温度作用越大。
在完全没有约束的情况下，总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃，梁长度将增加或减少20mm；如果端部的变形完全受到约束，将在梁内部产生约2160KN（按强度等级为C30计算）的轴向压力或拉力，该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。
T实际结构不可能没有约束，总会在结构中产生温度应力，当结构长度较小时，可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。
现行规范根据不同的结构形式给出该长度（温度区段长度）经验值，详见表2，当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。
表2: 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m)建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。
超长结构温度应力计算探讨
超长结构温度应力计算探讨一、温度作用的特点：温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用，具有以下特点：1）温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用，属于间接作用；2）温度作用随外界环境的变化而变化，有明显的时间性，属于可变作用；3）建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响，因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程；4）引起结构温度变化因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素（如火灾）等，诱因多样性使温度作用有别于其它（荷载）作用。
二、温度作用的规范规定：2.1什么时候需要进行温度作用计算根据温度作用的特点可知，结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。
表1为常用材料线膨胀系数αT，可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。
正因为如此，在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。
材料确定的情况下，长度越长，温度作用越大。
在完全没有约束的情况下，总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃，梁长度将增加或减少20mm；如果端部的变形完全受到约束，将在梁内部产生约2160KN（按强度等级为C30计算）的轴向压力或拉力，该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。
表1: 常用材料的线膨胀系数αT实际结构不可能没有约束，总会在结构中产生温度应力，当结构长度较小时，可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。
现行规范根据不同的结构形式给出该长度（温度区段长度）经验值，详见表2，当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。
建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。
某工程的温度应力计算
一、温差效应理论1，局部温差不对整体结构产生影响，只考虑整体温差。
2，出现温差时梁板等水平构件变形受到竖向构件的约束而产生应力，同时竖向构件会受到相应的水平剪力。
3，使用阶段由于外围有幕墙，屋顶有保温，首层室外楼板也有覆土或其他面层，且室内有空调，常年的温度较为稳定，可不考虑使用阶段的温差效应，只考虑施工阶段的温差效应。
二、温差取值对于温差T1-T2，即施工阶段基准温度T1-施工后保温围护前的最低或最高温度T2：1，施工阶段最低或最高温度（T2）选取：A，对地下室构件，即使地下水位较高，回填土也会在地下室施工完成不久后封闭，温度变化对结构影响很小很缓慢，可考虑地区季节性平均温度变化（地下结构一般从设置后浇带、尽早回填等措施来降低温差的影响，一般不需要计算）。
B，对地上结构，可以认为完全暴露在室外。
可能达到的最低和最高温度可取当地最近十年的历史最低、最高气温（一般参考荷载规范里的基本气温数据，比如青岛地区为-9/33度）。
2，施工阶段基准温度（T1）选取：结构在后浇带合拢前各部分面积较小，温度效应可以忽略不计。
因此后浇带浇注时的温度作为温差效应里的基准温度T1。
当工程进展顺利，地上各层结构的合拢时间可以精确到季节甚至月份时候，这里的基准温度可取当季或当月的近十年平均气温。
当施工进度无法掌握时，基准温度可取近十年月平均气温值T1=（0.0+2.4+6.4+11.9+17.0+20.9+24.4+25.2+22.1+16.9+9.2+3.5）/12=13.3。
因此一般适当控制后浇带合拢温度时，基准温度T1可按15度进行计算：降温温差T1-T2=15-（-9）=24℃；当计算地上结构升温温差时，升温温差T1-T2=15-33=18℃。
只有当地上结构一层顶合拢日期距屋面合拢的日期超过一年时，最大负温差和最大正温差才会共存在一个工程中，因正温差主要产生压应力，所以温度效应仍是按最大负温差来控制。
探讨：对于有后浇带的工程，在满足至少两个月的条件下是否可将后浇带浇注时间限定在温度较低的月份，至少避开最高的月份夜间浇筑，这样计算最大负温差时的基准温度（T1）会降低，相应最大负温差也会减小。
PMSAP温度应力分析
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超长结构温度应力计算探讨
超长结构温度应力计算探讨一、温度作用的特点：温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用，具有以下特点：1）温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用，属于间接作用；2）温度作用随外界环境的变化而变化，有明显的时间性，属于可变作用；3）建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响，因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程；4）引起结构温度变化因素很多，有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素（如火灾）等，诱因多样性使温度作用有别于其它（荷载）作用。
二、温度作用的规范规定：2.1什么时候需要进行温度作用计算根据温度作用的特点可知，结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。
表1为常用材料线膨胀系数αT，可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。
正因为如此，在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。
材料确定的情况下，长度越长，温度作用越大。
在完全没有约束的情况下，总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃，梁长度将增加或减少20mm；如果端部的变形完全受到约束，将在梁内部产生约2160KN（按强度等级为C30计算）的轴向压力或拉力，该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。
T实际结构不可能没有约束，总会在结构中产生温度应力，当结构长度较小时，可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。
现行规范根据不同的结构形式给出该长度（温度区段长度）经验值，详见表2，当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。
表2: 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m)建筑结构设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
当结构或构件在温度作用和其他可能组合的荷载共同作用下产生的效应（应力或变形）可能超过承载能力极限状态或正常使用极限状态时，比如结构某一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、结构约束较大、房屋高度较高等，结构设计中一般应考虑温度作用。
超长结构温度应力计算探讨精
超长结构温度应力计算探讨一、温度作用的特点:温度作用是在规定时期内结构或结构构件由于温度场变化所引起的作用,具有以下特点:1温度作用是由结构材料“热胀冷缩”效应被结构内、外约束阻碍而在结构内产生的内力作用,属于间接作用;2温度作用随外界环境的变化而变化,有明显的时间性,属于可变作用;3建筑结构从开始建造到拆除都会受到所处温度场影响,因而温度作用伴随着结构的生命全周期过程;4引起结构温度变化因素很多,有气候季节变化、太阳暴晒辐射和其它人为因素(如火灾等,诱因多样性使温度作用有别于其它(荷载作用。
二、温度作用的规范规定:2.1什么时候需要进行温度作用计算根据温度作用的特点可知,结构中产生的温度作用大小主要与结构材料线膨胀系数和结构长度有关。
表1为常用材料线膨胀系数αT,可见结构钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。
正因为如此,在计算钢筋混凝土结构的温度作用时才可以只按混凝土一种材料近似考虑。
材料确定的情况下,长度越长,温度作用越大。
在完全没有约束的情况下,总长为100m、截面为600x600的普通混凝土梁温度每升高或降低20℃,梁长度将增加或减少20mm;如果端部的变形完全受到约束,将在梁内部产生约2160KN(按强度等级为C30计算的轴向压力或拉力,该力约为混凝土轴向抗拉强度标准值的3倍。
表1: 常用材料的线膨胀系数αT材料线膨胀系数αT(×10-6/℃轻骨料混凝土7普通混凝土10砌体6~10钢,锻铁,铸铁12不锈钢16铝,铝合金24实际结构不可能没有约束,总会在结构中产生温度应力,当结构长度较小时,可忽略温度应力和温度变形对结构的影响。
现行规范根据不同的结构形式给出该长度(温度区段长度经验值,详见表2,当结构超出该长度时才有必要进行温度作用计算。
表2: 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m结构类型室内或土中露天排架结构装配式100 70框架结构装配式75 50 现浇式55 35剪力墙结构装配式65 40 现浇式45 30挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式40 30 现浇式30 20建筑结构设计时,应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应,如设置结构的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。
浅谈复杂高层结构经SATWE和PMSPA计算的运用
浅谈复杂高层结构经SATWE和PMSPA计算的运用摘要：建筑物就像一尊美丽的艺术品，精美的建筑是设计师把建筑的美观设计与结构设计相互密切配合的结果。
但要分清具体配合的侧重点，有些是着重艺术、美观要求的，有些着重使用功能、生产工艺等等。
总之，建筑师的设计可以将优美的建筑造型，完善的使用功能与结构设计有机地结合，而不能简单地追求奇特。
建筑设计重点是不能离开具体的设计对象。
关键词：复杂高层结构设计抗震一、高层建筑结构设计的意义及依据1、概念设计的意义高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。
2、概念设计的依据高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。
二、高层建筑结构设计方面的原则1、选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。
计算简图还应有相应的构造措施来保证。
实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2、选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。
基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。
通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
3、合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。
结构体系应受力明确，传力简捷。
同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。
总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
PMSAP温度应力分析共40页
PMSAP温度应力分析
• 温度应力分析是PMSAP程序的一个特色 • PMSAP具有较为完善的温度应力分析功
能，对多高层建筑中的梁、柱、支撑、 剪力墙和楼板，均可计算其温度内力及 变形，并且可以把温度内力考虑到构件 配筋设计中。
PMSAP温度应力分析
• 温度效应对结构的影响在实际工程中经常会遇 到，可以按照前面讲过的方法在结构设计中定 量考虑；
• 基准温度场在理论上是存在且唯一的
基准温度场T0(x,y,z)
• 对于混凝土结构，其基准温度场T0(x,y,z) 可以近似取为混凝土的终凝温度场。
• 对于钢结构，如果在建造期间不产生装 配应力，或者即便有装配应力但在本次 分析中不考虑，则结构建造期的温度场 即可取为基准温度场。
基准温度场T0(x,y,z)
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• 砼收缩的当量温差场
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温度应力调整及组合
• 因温度应力分析采用的是瞬态弹性方法
1）为考虑砼的徐变应力松弛
砼构件的温度内力可以 乘以折减系数0.3 钢构件不折减
温度应力调整及组合
2）为考虑砼构件裂缝引起的刚度退化
砼构件的刚度可以乘以折减系数0.85 钢构件不折减
• 引发筒体和框架柱明显的弯矩和剪力
温差对结构的水平伸缩效应
强筒体之间的水平构 件，温度应力显著
温差对结构的水平伸缩效应
均匀结构平面的中部， 温度应力显著
温差对结构的水平伸缩效应
• 减小水平伸缩效应的措施 1）砼低温入模，低温养护，尽量降低砼的终凝温度 2）设置后浇带(40m左右)，避开砼收缩应变的高峰发 展期，从而有效释放大部分的收缩应力（最好60d后 浇筑后浇带，不少于30d） 3）通过高湿度养护、减小水灰比和水泥用量、改善 水泥和砂石骨料的质量、适当提高配筋率，均可减小 砼的收缩应变 4）改善使用环境
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基准温度场T0(x,y,z)
• 对于钢-砼混合结构，钢结构部分和混凝 土结构部分的基准温度场分别按照钢结 构和混凝土结构确定。
温差场
外部
外部
内部
内部
外部
温差场
• 外围梁、柱、墙温差
T外 T内 T T0 2
温差场
• 顶层屋面梁、板温差
T外 T内 T T0 2
温差场
温度应力调整及组合
2）为考虑砼构件裂缝引起的刚度退化
砼构件的刚度可以乘以折减系数0.85 钢构件不折减
温度应力调整及组合
• 温度效应的组合贡献 正常组合的附加项：
T T ST
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可以取组合值系数 T 0.8 可以取分项系数 T 1.2
温度梯度
• 所谓温度梯度，指的是温度场在构件截 面方向的变化率。它在数值上等于构件 内外（对柱）或者上下（对梁、板）表 面的温差与截面高度（或厚度）的比值。 • 温度梯度产生局部的附加弯矩，结构的 顶层及外周构件往往存在明显的温度梯 度。
温差对结构的水平伸缩效应
强筒体之间的水平构 件，温度应力显著
温差对结构的水平伸缩效应
均匀结构平面的中部， 温度应力显著
温差对结构的水平伸缩效应
• 减小水平伸缩效应的措施 1）砼低温入模，低温养护，尽量降低砼的终凝温度 2）设置后浇带(40m左右)，避开砼收缩应变的高峰发 展期，从而有效释放大部分的收缩应力（最好60d后 浇筑后浇带，不少于30d） 3）通过高湿度养护、减小水灰比和水泥用量、改善 水泥和砂石骨料的质量、适当提高配筋率，均可减小 砼的收缩应变 4）改善使用环境
• 由于水平构件（梁、板）的伸缩受到竖向构件（柱或墙） 的约束，引发结构的水平伸缩效应。 • 哪里约束强，哪里温度应力大，这是特点，比如： 结构下部楼层的梁、板存在较大的轴拉或者轴压力，设 计时宜考虑偏拉。 距离较近的两个剪力墙筒体之间的连接构件，温度应力 显著。 对均匀的结构平面，平面中部构件的温度应力显著 • 引发筒体和框架柱明显的弯矩和剪力
结构温度效应
黄吉锋 编写 中国建筑科学研究院软件所
基准温度场T0(x,y,z)
• 基准温度场的定义： 在不考虑任何荷载的情况下，结构在某温 度场T0(x,y,z)作用下处于自平衡状态，如果结 构的当前构型与其初始设计构型完全相同(点点 重合)，则称T0(x,y,z)为该结构的基准温度场。 • 结构在基准温度场作用下：1）相对于初始构 型没有任何变形；2）所有构件均不产生内力 或应力。
• 结构内部构件温差
T T内 T0
砼收缩的当量温差场
• 砼在龄期 t 的收缩应变
s [1 exp(0.01t )] s 0
• 砼收缩的当量温差场
s Ts
温度应力调整及组合
• 因温度应力分析采用的是瞬态弹性方法
1）为考虑砼的徐变应力松弛
砼构件的温度内力可以 乘以折减系数0.3 钢构件不折减
• 基准温度场在理论上是存在且唯一的
基准温度场T0(x,y,z)
• 对于混凝土结构，其基准温度场T0(x,y,z) 可以近似取为混凝土的终凝温度场。 • 对于钢结构，如果在建造期间不产生装 配应力，或者即便有装配应力但在本次 分析中不考虑，则结构建造期的温度场 即可取为基准温度场。
基准温度场T0(x,y,z)
PMSAP温度应力分析
• PMSAP采用有限元法计算温度应力，构件的温 度变化对结构的变形、内力的影响将等效为某 种荷载的影响，或者说，任给一种温度变化， 一定存在一种荷载，二者对结构的变形、内力 的影响完全一样，这种荷载就称为“等效荷 载”。 • 这样看来，如果能够将各种构件的温度变化的 等效荷载计算出来，接下来的分析就与通常的 分析完全一样了，所以说温度应力的分析，关 键是要把各种构件温度变化的等效荷载弄清楚。
PMSAP温度应力分析
• 温度应力分析是PMSAP程序的一个特色 • PMSAP具有较为完善的温度应力分析功 能，对多高层建筑中的梁、柱、支撑、 剪力墙和楼板，均可计算其温度内力及 变形，并且可以把温度内力考虑到构件 配筋设计中。
PMSAP温度应力分析
• 温度效应对结构的影响在实际工程中经常会遇 到，可以按照前面讲过的方法在结构设计中定 量考虑； • 但由于准确确定温差场的困难性，以及混凝土 实际存在的收缩徐变、微裂缝发展等复杂情况， 很多时候通过在构造上采取措施，来避免温度 应力的不利影响。 • 但即便是构造上的定性的考虑，也需要设计者 对结构在温度作用下产生的变形和内力有一个 整体的、趋势上的把握，以明确结构上温度应 力集中的部位，从而有的放矢的采取措施。
• 如果钢结构中存在显著的装配误差、装配应 力，并需要用等效温差场进行模拟，则在确 定基准温度场时，应计入装配误差的影响。 比如一根初始设计长度为L的钢杆件，因为制 造误差，实际长度为L+ΔL，换算成等效基准 温度的增量为：
L T ( L L)
或者说，为考虑此装配应力，基准温度还应 叠加上该温度增量 T
温差对结构的竖向错动效应
• 内外构件的温差不一致，造成结构的竖 向错动变形 • 一般顶部的若干层连接内筒与边柱的框 架梁，会产生较大的错动弯矩和剪力 • 底部若干层竖向构件（柱和墙）的轴力 会出现明显的重分配（有的构件轴压比 增大，有的构件轴压比减小）
温差对结构的竖向错动效应
错动弯矩明显
轴力重分配明显
温ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对结构的竖向错动效应
• 针对温差引起的竖向错动效应，在设计上 对于顶部几个楼层的框架梁，配筋应该适当加强； 对底部几个楼层的柱和墙，轴压比应适当从严控制， 以避免温度效应引起的轴压比超限。 可以通过对“外表构件”做好“隔热”措施，以减 小结构的外表构件温度与结构内部构件温度的差值。
温差对结构的水平伸缩效应
PMSAP温度应力分析
• 温度应力的计算一般包括两个方面：
（1）按照热传导理论，根据弹性体的 热学性质、内部热源、边界条件、初始 条件，计算弹性体内各点在各瞬时的温 度，也即：决定温度场。在PMSAP中， 我们不考虑这个问题，温度场需要由用 户定义。
PMSAP温度应力分析
• （2）温度场知道以后，按照热弹性力 学的理论，根据各物质点的温度变化求 解其温度应力，也即：决定应力场，这 是PMSAP要着重解决的问题。