在高层建筑结构设计中如何考虑温度竖向作用

产 生 温 度 梯 度 ， 此 温 度 梯 度 的 技 应 造 成 柱 子 弯 曲 及 长 度 变 化 【 伸｛ 乏 或缩 短 Ｊ。根 据 实 删 及理 论 分析 ， 柱 子截 面的 温 尝梯 废
专家有关高层建筑结构设计的专著 中对此问 讨论甚 少。作者 对此 问 已作 ｒ必要的论述 。 第兰 ，有温度作 ｝ ｝ ｝ 引起的结构 竖 向拘件变形差异有些国家的结构 设计中对这方面 作了考虑， 但 各蒙计算的方法不尽相同 。 。在我国的高层建筑结构设 计规
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（Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇＵｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘｉ ’ ｎ ７ １ ０ ０ ４ ９】
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｃ ｃ ｕ ｓ ｅ ｓ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ： Ｗ ｈ ｙｔ Ｏ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｖ ｅ ￣ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ； ｔ ｙ ｐ ｅｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ
置温度缝或 采用其它措施 （ 如活动 芰座等 Ｊ予以减小或消除。 随着建筑科学技术的进步，建筑结构不断向高层 发展。高 度愈来愈大 ，由于采用了高强 度的建筑材料，结 构构件截面则 大为减小． 自重大 为减轻。因结构构件位置及方位的 不同，从
而 受 曰照 的情 况 不 同， 产 生 温 度 差 异 ： 建 筑 物 室 内 外温 度 不

ｃ 一喜 ｉ 内外 ８｛通过 ｝ｔ 连接 在一 《 ， ｄ 一 目ｉ应竹 ｍ产± 的 阜盘 在
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一
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作用效应 合理组合的问题。 但是，不论从理论分析迁是从实际观测， 当建筑结构达到
件ｌ ， 立 非承重构件 内引起的内力及消极作用就不能不考虑 ｒ 。
对 结 构的 温 度竖 向作 用大致 可分 为下 列 三 种类 型 ： １ ． １ 季 节性 温度 变化 造 成 室 内外 鲒 构 的 变彤 差 异 我 们 考虑 高 层框 架结 构 的 外跨 问这 一 部 分 ，如 同１ 所Ｈ 。 柱 子 残泉 温 度 移 动 导致 结 构 产 生 挠 曲 、弯 矩 及 粱板 系统 和
个 与 重 力荷 载 、 馀变 ，啦 缩 、湿 度 变 化 ．风 荷 载 、地 震 荷 载 等
图１外柱轴向缩短殛其效应
ａ 一 ＾外柱 ￡有ｉ量 ； ＾外枉 有ｔ兰 ． 慨 定卟柱 自自
△Ｈ ＝ △日
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幺样的 最高 及最 低 设计 温 度 。
一
构 件温度不同所产 生的 变形差异受到 约束而 引起的应 力， 可称 之 为外约束应力。就钢筋混凝土结构来说．温差应力具有下列
特 点。 ” ：
１ ． ３ ． １ 应力一应变不再 符合虎克定律； １ ． ３ ． ２ 由于温度沿构件厚度方向是非线性分布的 ，所 以构
一
ｌ 、 ３ 整 个 建 筑 蛄构 不 同 方住 承 受 的 日 照 强度 不 同 ．而 在 向 阳
面和 霄坍面鲁 产生温差。
＼
定高度后与其他作用一块考虑温度作用 不仅是 重要的而 且是
日光 对结 构 的 照 射 作 用不 仅是 很 强 烈的 ， 而 且是 ｌ 遗时 阃 、 随 日照 的 方 位 不 同 在变 化 着 ， 如 图２ 所 示 ０ 对 整 个 建筑 物 而 言 ，
必要 的 ， 同 时 ，也 是 可 能 的 ，按 照 上 述 步骤 做 玉就 可 ｝ 导 到 有 用的结 果 。
向阳面的结构构件与背 阴面的构件会产生相 当大的温差．从而 造 成整个结构构 件的变形差异 温 度作用造 成的约束应力大体上可分为两种：一种是由于 结 构某一构件因纤维问温度不同而产生应变差异受到 约束 引起
作用 （ 重力荷载 ．捺变及收缩作用，湿度变化作用，风荷载 ， 地震荷载等）引起 的内力进行合理组合，然后进行结构设计 ， 需要强调的是，要想精确计算温度变化在商层建筑结构中 产生的变形与 内力是甚为困难 的，这是由于温度作ｆ ｆ ｝ ｍ与 多 变的环境温度有关．而且 与建筑结构的村料．截面尺 ‘ 有关， 与温度在构件截面内的传播规律有关，与结构体系类型 及结构 构件之间的连接方式 有关 ．与结构构件 的刚度有关；此外迁有
作用下的 变形及约束应力却作了鞍系统的研究与实洲 ，这些 层建筑结构 设计 中如 何考虑温 度竖 向作 用进行一些 柳步的探
变形差异甚小， 可以忽略不计 ，温度作用能使 建筑结构产生水
平方向的变形 （ 伸长或缩短），在 一定约束条件下 ，此种变形
差 可 引起鞍 大 的 结 构 内 ， Ｊ 。 但此 种约 柬 内力 可 借助 于适 当 地 设
同，结构在室 内的构件与暴露在外的构件 电台产生温度差异； 这些都会造成结构构 件的｜ 整形差异 及温度应力。 因此．在 ～定 条件下，当结 构高度超过一定Ｒ度后，在高层建筑结 构的设计 巾，就不得不考虑竖向的温度作用了。 高层建筑结 构竖 向构件 （ 柱于 剪力墙，简体 Ｊ的竖向变 形 差异 可以由多种原因引起。首先， 宵困重力荷载 不等 引起的 竖 向构件轴向应力差及盎彤差，如框架结构中柱的轴 向压应力
一
垒部暴露在外部的结构构件，不但要经受昼夜及季节性温度变 化 的作用，而且耍经受 日照的强烈作用及寒流的突然袭击。结 构内部构件因温度作用的氅向变形变化甚小。而外锘 构件的竖 向变形的变化则很 大。这种竖向变形差异随建筑结构层数的增
加 及建 筑 高 度的 增 大 是 累 加 的 ， 而且 越 靠 顶 层 越 大 。 当 建筑 结 构 高度 达 到 一 定 程 度 后， 这 种 结 构构 件变 形差 异 在 结 构 承重 构
第一，确 定环境温度作用下结构构件的相当稳惑温度 驶在
此情况 Ｆ 的 设 计平 均 温 度；
寸 匪 筐
（ ｂ ） （ ｃ ）
第二，确定部分暴露在室外的蛏向构件截面内温度 分布的
规 律 ．温 度 梯 度 及平均 温 度 ；
第三，确定构件的温度变形及变形差异； 第四，确定构件温度变形差异引起的构件内力，诈与其他
与其相连接柱内ｆ ｊ 匀 剪力。楼板弯矩使柱产生丁轴向 。 １ ． ２ 部 分外露柱 子夸热表面温度产生的差异 变开 ｊ 部分 外露 的柱 子（ 也 包括部 份 外露的 其他 构件 蛳堵 ，粟 等） ，外表面既受到季节温度变化的作用，迁要受到 日期，寒流 的作用，内表面则保持接近于室温。此温度 差异在构件截面内
杨丽 韩 波 郭 志 拳
（ 西 安 交通 大学，西安 ７ １ ０ ０ ４ ９ ）
摘要 ：拳文讨论 了下列几方面的问题 ：为什 幺要 考虑爰度 竖向作 用；温度 竖向作 用的粪型 ：温度 竖向作 用的特点：按 承
戴 能 力掘 限状 态 考虑 温 度 竖向作 用 ；按 正 常 使 用 极 限状 态 考 虐 温度 坚 向作 用 。
的 应 力 ． 可 称之 为 内约 束 应 力 ； 另 一 种是 由于 结 构体 系 内部 各
２ 设计温度 的确定方 法
２ 、 ｌ 季节性温度 变化理平均温度 ，室内外温差的靖 定 室外大气温度是随季节变化的，夏季温度高，外部 向构 件的温度伸长远大于室 内． 冬季温度低．外 部竖向构 件的温度 缩短远大于室 内。 无论 冬季 夏季．内外部竖 向构件部会产生变 形差异，结构愈高，此 差异就愈大。问题是设计中究 竟采用什
程 及 有关专 著 中 ，对 温 度 作 用 也是 没 有 考 虑 或 涉 及甚 少。 但 铁
道 幕统的一些 ＇ 虚计 单位．对桥梁 烟囱、筒仓等类结构在温度
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结 构设 计
是 非 线性 的。 Ｌ
一
基
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优
化
２ ０ ０ １ 年第２ ２ 卷 第２ 期
般太于边柱，更远大于角柱，中桂的竖向缩短就要大于边柱 及角柱。 固重力荷载引起的蛏向构 件变 形羞 及结构的 约束内力
可通过结构 力学的方法进行分析与计算：其次，有 因混凝土收 缩与绦变 引起白 勺 向构件变形差异。 关于此问题．我国现行的
”高层 建筑 结 构 设计 规程 『 Ｊ Ｇ Ｊ ３ —９ １ ） ”。 ｛ Ｉ 未 于 考虑， 在 我 国
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＂ ２ ０ ０ １ 年４ 月
第２ ２ 卷
第 ２期
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