温度作用与结构设计说明
温度作用对钢结构设计与施工的影响探究

温度作用对钢结构设计与施工的影响探究关键词:温度应力;钢结构建筑;设计;影响引言环境温度到底如何变化,测量结果如何作用于实际建设中,同一结构出现不同温差的形变应力到底有多少,温度变化对整体钢结构的作用又如何,这些问题始终困扰着钢结构的设计与施工,本文就温度对钢结构产生的影响做出合理分析,并总结出相关规律,以供参考。
1温度对钢结构的作用简述温度是表示物体冷热程度的物理量,从微观上来说是物质内部分子的运动的剧烈程度,所以温度上升对物质内部结构是会产生一定影响的,常见的水就有固态的冰、液态的水和气态的水蒸气三种形态,而对于钢结构来说,温度的变化也会影响到其内部分子的运动。
常见的热胀冷缩实例就是铁轨之间的缝隙,如果没有预留出足够的缝隙,钢铁会在热胀冷缩的效应下产生形变,致使铁轨出现弯曲,从而影响到列车运行的安全,所以对于温度的影响一定不可小觑,连粗壮的铁轨都能产生形变,何况普通的钢筋。
但这种形变其实并不是很明显,就比如小型钢结构对于温度变化产生的形变效果非常低,所以基本上可以忽略温度对其造成的影响,但是由于目前我国建筑行业的发展与工艺的革新,许多大型建筑的出现都使得钢结构的体积越来越大,著名的国家体育馆就是其中之一。
由于钢结构具有热胀冷缩的效应,如果钢结构发生形变而周围限制其应力产生,则钢结构内部的应力会逐渐增加,比较常见的就是钢筋混凝土结构的钢筋形变,使混凝土发生崩裂的现象,这对于建筑整体的稳定与安全造成了非常严重的影响。
2温度的变化原因及测量温度变化主要有三种分类,一是年温差变化,这体现在一年四季的总体平均温度变化,涉及到最高温度和最低温度之间的差距;第二个是日照温度变化,主要体现的是建筑在阳光直射下,每个区域独立的温度变化,由于照射时间长短不同,角度也会造成影响,所以温度的变化并不是均匀分布的,测量起来则十分复杂,需要计算温度场来确定;最后一个类别就是骤然温差,体现在寒流和冷空气的影响,由于这种变化更加难以捉摸,在钢结构设计和施工时很少考虑到这方面造成的影响。
温度对工程结构的影响分析

温度对工程结构的影响分析摘要:随着人们生活水平的提高,对生活品质的要求也越来越高。
尤其是各类工程建设过程中,人们不仅关注工程本身的功能,而且还重视工程建设的质量。
现阶段,温度的变化会对工程的钢结构、混凝土结构产生较大的影响,导致结构出现失稳现象,严重影响工程的整体稳定性。
因此,相关工作者应当重视温度应力的研究,结合不同工程结构的实际情况,采取相对应技术措施降低温度应力产生影响,提高工程建设质量,保护居民的人身和财产安全。
本文将简单阐述温度应力的特点,分析研究其对工程结构所造成的影响,并结合实例分析具体的控制措施,为相关工作者提供参考借鉴。
关键词:温度应力;工程结构;影响1温度应力与温度场概述1.1温度应力工程结构始终处于自然环境当中,而自然环境又处于时刻的变化当中,对工程结构本身也会造成较大的影响。
尤其是工程结构内外温度的变化,会导致结构本身产生温度应力,使得其表面产生不同的收缩和膨胀量,而结构本身又是一个连续的整体,不允许各部分因为温度变化而产生自由的收缩和膨胀,导致工程结构内部各部分之间产生了一定的作用力,一旦超过了结构本身所能承受的力量,势必导致工程结构出现变形等问题。
当前,工程结构主要采用两种结构形式:第一种为钢结构,其本身的热传导性较高,相比较而言,受到的温度场影响也相对简单;第二种为钢筋混凝土结构,本身的导热性能较差,再受到气温变化、太阳辐射等因素的影响,势必导致钢筋混凝土结构出现内外温度变化不一致的问题,产生温度应力,进而影响结构本身的稳定性[1]。
2温度场的分类在研究温度对工程结构影响的过程中,首先需要对结构所处的温度场进行研究,而常见的温度场主要有以下几种:①年温温度变化温度场:该种温度场相对形成的时间比较长,对工程结构的影响也比较小,主要会对结构整体的温度变化产生影响,因此在考虑年温度变化对工程结构影响时,应当以整个工程结构的平均温度作为依据。
②日温温度变化温度场:由于日温温度变化所形成的温度场,对工程结构的影响较为复杂。
幕墙温度作用分项系数

幕墙温度作用分项系数1.引言1.1 概述幕墙作为建筑外立面的一种形式,不仅具有装饰性和美观性,还承担着保温、隔热、防水等功能,对建筑的整体性能起着重要的作用。
然而,在现实应用中,幕墙在面对高温、低温等温度变化时,可能会出现一些问题,如热膨胀、热传导等,从而影响到幕墙的稳定性和使用寿命。
了解温度对幕墙的影响及其机理,对幕墙的设计和维护具有重要的指导意义。
在本文中,我们将重点探讨温度对幕墙的影响,并介绍幕墙温度作用分项系数的定义和计算方法。
在温度变化的情况下,幕墙会因为热胀冷缩而发生变形,甚至可能引起幕墙构件的破坏。
此外,温度变化还会导致热的传导,从而使得室内外温差扩大,影响到建筑的保温性能。
因此,了解温度对幕墙的影响,对于确保幕墙的安全性和功能完整性至关重要。
为了更好地研究温度对幕墙的影响,幕墙温度作用分项系数被提出。
幕墙温度作用分项系数是分析温度作用下幕墙变形和传热效应的关键参数,可以帮助工程师有效评估和控制幕墙的温度响应。
因此,本文将详细介绍幕墙温度作用分项系数的定义和计算方法,以期为幕墙的设计和维护提供参考。
综上所述,本文将重点探讨温度对幕墙的影响,并介绍幕墙温度作用分项系数的定义和计算方法。
通过对这些内容的研究,可以更好地理解幕墙在不同温度下的响应及其机制,以及如何有效评估和控制幕墙的温度响应,为幕墙的设计和维护提供指导和参考。
在温度变化日益剧烈的今天,这一研究对于保证幕墙的安全性和功能完整性具有重要的意义。
1.2文章结构文章结构(Article Structure)本文旨在研究幕墙在不同温度下的作用,并通过计算幕墙温度作用的分项系数来进行分析。
本文将分为以下几个部分进行讨论。
引言部分将介绍本文的目的和背景。
首先,我们将对幕墙的概念进行概述,说明其在建筑结构中的重要性和应用范围。
然后,给出本文的结构和目标,以便读者可以更好地理解接下来的内容。
正文部分将着重研究温度对幕墙的影响。
首先,我们将分析温度变化对幕墙热膨胀的影响。
结构的温度作用设计word文档

结构的温度作用设计一、结构温度作用设计的主要内容 环境温度取值由热传导得到杆件界面温度和杆件内部的温度场 求解结构温度内力杆件的截面设计(设计内力、设计状态、设计参数) 二、环境温度取值 1、环境温度组成以太阳为热源,环境温度可由日照温度ts 和空气温度te 组成。
日照温度ts 是太阳辐射作用直接在物体表面产生的温度,它是一个非均匀温度场,可由下式计算:ts=eIαρρ—太阳辐射吸收系数。
GB50176、附表2.6I —水平或垂直面上的太阳辐射照度。
GB50176、附录三、附表3.3e α—外表面换热系数。
取19.0W/m2·K空气温度te 受太阳间接作用的影响,它是一个均匀的温度场。
环境温度(又称综合温度)tse=ts+te对于是室内ts=0,因此,室内环境温度tse=te 2、温度作用计算的时间单元以太阳为热源,环境温度的变化具有周期性,即地球自转引起,以日为周期,温度有昼夜之分。
地球绕太阳公转引起,以年为 周期,温度有四季之分。
现以日周期为例来说明这周期变化温度场的传导特性: ⑴、环境温度变化可以由一个与时间无关的稳态温度场和一个随时间周期变化的非稳态温度场叠加而成,如下图所示:⑵、周期变化温度场在传导过程中具有衰减性和延迟现象 波幅的衰减系数:χαπυTe-=波传导的延迟时间:απξTx 21=其中:α—材料的导温系数(m 2/h )T —波动周期(h ) χ—离物体表面距离(m )时间t武汉地区根据节能要求,加气砼砌块若自保温,则一般需厚25cm ,周期变化温度场经25cm厚墙体传导后,由上式可知,日温度变化幅度(即波幅)只剩下 6.356%,即这部分温度场对结构构件的影响甚微,可以忽略不计。
另外,峰值到达时间推迟了10.5小时,这意味着,外部环境温度最高时构件温度不是最高,当构件内温度达到峰值时外部环境温度早降下来了。
这时若用小时作为时间单元来分析构件的温度作用明显不合适,就像衡量四季的温度若以日为时间单元来计量不合适一样。
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。
结构设计:高层建筑的温度作用有哪些?[工程类精品文档]
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结构设计:高层建筑的温度作用有哪些?[工程类精品文档]本文内容极具参考价值,如若有用,请打赏支持,谢谢!大于大于大于高层建筑结构是高次超静定结构。
超静定结构受到温度变化的影响时会在结构内产生内力与变形。
最初,人们为减小或避免温度变化的作用,往往采用保温隔热措施,把结构隐蔽在立面墙体之内,使结构置于恒温环境之中,不受外界温度变化的影响。
但对钢筋混凝土高层建筑,一般较多地采用结构外露的设计方案。
在这种情况下,结构的内力必将受到外界温度变化的影响。
引起高层建筑结构温度内力的温度变化主要有三种,即:室内外温差、日照温差和季节温差。
一般说来。
由干湿度变化引起的结构内约束力与结构内楼面的数量减正比。
温度变化引起的结构变形一般有以下几种:1.柱弯曲由于室内外的温差作用,引起外柱的一侧膨胀或另一侧收缩,柱截面内应变不均而引起弯曲。
2.内外柱之间的伸缩差外柱柱列受室外温度影响,内柱柱列受室内空调温度控制,两者的轴向伸缩不一致,便引起楼盖结构的平面外剪切变形。
3.屋面结构与下部楼面结构的伸缩差暴露的屋面结构随季节日照的影响,热胀冷缩变化较大,而下部楼面结构的温度变化较小,由于上下层水平构件的伸缩不等,就会引起墙体的剪切变形和剪切裂缝。
一般来说,对于10层以下的建筑物,且当建筑平面长度在60m以下时,温度变化的作用可以忽略不计。
对10层至30层的建筑物,温差引起的变形逐渐加大。
温度作用的大小主要取决于结构外露的程度、楼盖结构的刚度及结构高度。
只要在建筑隔热构造和结构配筋构造上作适当的处理,在内力计算中仍可不考虑温度的作用。
对于30层以上或10Om以上的超高层建筑,则在设计中必须注意温度作用,以防止建筑物的结构和非结构的破坏。
目前在我国,对高层建筑结构设计中如何考虑温度作用尚无具体规定。
精确而实用的内力计算方法和具体而有效的构造措施都有待于进一步研究。
结语:借用拿破仑的一句名言:播下一个行动,你将收获一种习惯;播下一种习惯,你将收获一种性格;播下一种性格,你将收获一种命运。
温度对檩条作用的分析

•工 程 结 构"温度对檩条作用的分析张#%旺旺2(1.四川省攀枝花团设计研究院有 司,四川 花617023;2.四川 构有 司,四川 花617023#【摘要】文章分析了厂房墙面、屋面檩条受温度变化的影响,得到了相应的计算公式。
经对实例计 算,对的影响在上不可忽略。
温度使檩条伸缩对 、柱的影响在工程上略不计。
【关键词】(;【中图分类号】T U 312+.1现在一般 都采用彩、墙面,柱距、间距在6 m ,一般都采C 型钢作为 、墙 &空间桁构的 ,由 为30 m ,一般采用为三个、纵为三个桁架的(即空间桁架#(图1)。
满足 规范的 ,的不进计算。
但是 长破规范的要求,温的是多少,需要从理论上进。
特是 空间桁构超长 , 为30 m ,长 330 m ,若 -不采取消除 的特,不掌握,必将为 的正常使安全。
因此,超长卜(超“规”限制的 ),有要从理论上,以超长 常安全使用。
本文作的 & 般有与非 &就是四季而变化,而内恒定化不大, 内的 不节而变化。
非就是室内 不多, 内的节变化而变化。
,由内恒 化较小,温的较小,因此,本文 非 的的 。
由 (、墙 )处的:不同, 上的 也不同。
也就是说, 个 ,檩条间存 ,而这个小, 间的 小于5°C ,而这个 内是变化的。
这个间的 ,另一篇文 ,文 上间无 的情况。
由种种 ,同(一个间的一个)严上讲,也有,个 的长度增加而增加,这个小于1 C ,这个 内也是变化的。
上的, 另 篇文 , 文上没有的情况。
一般情况, 与、柱焊& 个 来讲,一般情况下, 是不均勻的。
当高内太阳直射时, 高,地。
当内,无太阳(如夜晚、阴),也有可能是 ,地 高。
还有一种,那就是阳面与阴面。
当有太阳,阳区域的 高于阴区域的。
本文上、 间相同的情况。
本文、墙的,从而 的作 。
【文献标志码】A(温差)有多种多样,有一天的温度()、有个的 ( )、有的 ()。
建筑结构设计中的温度效应与热力响应分析

建筑结构设计中的温度效应与热力响应分析在建筑结构设计中,温度效应和热力响应是重要的考虑因素。
温度变化会对建筑材料产生影响,进而对建筑结构的性能和稳定性造成影响。
本文将分析建筑结构设计中的温度效应和热力响应,并探讨其对建筑结构的影响。
一、温度效应1. 温度变化对建筑结构的影响温度变化会导致建筑材料的膨胀和收缩,从而对结构产生力的作用。
在高温下,材料会膨胀,从而对结构施加拉力;而在低温下,材料会收缩,对结构产生压力。
这种温度变化引起的应变会影响到结构的整体性能和稳定性。
2. 温度引起的结构应力温度效应会导致结构内部产生应力分布的变化。
温度变化引起的结构材料的膨胀和收缩会导致结构产生内应力,这些应力会影响到结构的变形和稳定性。
因此,在建筑结构设计中,对于材料的热膨胀系数、温度梯度等参数的准确估计和计算是十分重要的。
3. 温度效应的补偿措施为了减少温度效应对建筑结构的影响,设计师在结构设计中通常会采取一些补偿措施。
例如,可以通过增加伸缩缝、设置控制膨胀装置等方式来减少温度效应对结构造成的不利影响。
这些措施旨在降低结构受温度变化影响的程度,保证结构的安全性和稳定性。
二、热力响应分析1. 热载荷引起的结构响应除了温度效应外,热载荷也是建筑结构设计中需要考虑的因素。
热载荷是指由于火灾等原因引起的温度升高,从而对建筑结构施加的作用力。
这种作用力可能会导致结构的破坏,因此需要进行热力响应分析来评估结构的安全性。
2. 热力响应分析方法在热力响应分析中,通常会采用有限元法等数值方法进行计算分析。
这些方法可以模拟结构在热载荷下的响应,并评估结构的安全性。
通过这样的分析,设计师可以了解结构在不同温度条件下的变形情况和应力分布,以便采取相应的措施来保证结构的安全性。
3. 热力响应分析的应用热力响应分析在建筑结构设计中有着广泛的应用。
例如,在高层建筑中,设计师需要对火灾发生时的热载荷对结构的影响进行分析,以确保建筑物在火灾发生时能够保持稳定。
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温度作用与结构设计一、前言GB50009-2012把温度作用正式列入建筑结构荷载规范,但它未提及结构设计中如何加以考虑。
SATWE等程序虽包含温度效应计算内容,但对温度内力计算时必须先行解决的杆件截面内温度场问题,程序并没有涉及,而是由用户自行定义。
1、常见思路确定合拢温度:若取年平均气温、武汉地区为16℃温度变化幅度:武汉地区、夏季37℃-16℃=21℃、冬季16℃-(-5℃)=21℃温度内力计算时结构计算简图与其它永久、可变荷载相同2、问题建筑物不同部位(地上与地下、室内与室外)的环境温度并不相同。
因此,不能简单认为气候温度就是环境温度。
同样环境下,结构部位不同、保温隔热措施不同、构件的计算温度也不同。
因此,不能简单把环境温度取作构件温度。
结构支座作为几何约束它的位移为零,作为温度约束它的位移并不为零。
因此,只有把温度约束转换为几何约束,才能用对荷载作用的结构计算简图进行温度内力计算。
二、环境温度取值1、环境温度组成以太阳为热源,环境温度可由日照温度t s和空气温度t e组成。
日照温度ts是太阳辐射作用直接在物体表面产生的温度,它是一个非均匀温度场,可由下式计算:t t=tt t tt—太阳辐射吸收系数。
可参照“民用建筑热工设计规范”GB50176、附录2.6t—水平或垂直面上的太阳辐射照度。
可参照GB50176、附录三、附表3.3t t—外表面换热系数。
取19.0W/㎡•K空气温度t e受太阳间接作用的影响,它是一个均匀的温度场。
环境温度(又称综合温度)t se=t s+t e室内t s=0。
因此,室内环境温度t se=t e2、环境温度的取值室外空气温度夏季50年一遇最高日平均温度。
可参照GB50176附录三、附表3.2。
冬季50年一遇最低日平均温度。
可参照GB50176附录三、附表3.1或“采暖通风与空气调节设计规范”GBJ19。
室内空气温度夏季空调设计温度冬季采暖设计温度计算日照温度时,建议太阳辐射照度计算值,取日照辐射时段内太阳辐射照度的平均值。
太阳辐射照度可参照GB50176附录三,附表3.3。
三、 结构的温度内力 1、导热微分方程的解 无内热源的导热微分方程t 2t tt =t (t 2t tt 2+t 2t tt 2+t 2ttt2) 其中 t ——热扩散率(㎡/s ),表征材料的温度传导能力 铝 9.45×10-5㎡/s ;钢筋砼 7.64×10-7㎡/s (1/124); 泡沫砼 (ρ=627kg/m³)2.9×10-7㎡/s (1/326); 木材 1.5×10-7㎡/s (1/600)。
以日为周期的温度变化可表示为:平均温度+脉动温度以日为温度变化周期,温度变化幅度小、周期短、影响范围十分有限(脉动温度影响深度钢筋砼0.0165m ,加气砼砌块0.00626m )。
忽略非稳态项影响,则导热微分方程简化为:t (温度)τ时间脉动温度平均温度t 2t tt2+t 2t tt2+t 2t tt2=0(1) 墙、板稳态导热情况下,墙、板在平面内温度均匀稳定,只沿厚度方向发生变化。
因此,墙、板所对应的导热问题应是一维稳态导热。
如上图所示,墙、板厚度为δ、表面温度分别为t 1和t 2。
导热微分方程:t 2t tt2=0边界条件 t t =0=t 1,t t =t =t 2 求解得截面内温度分布 t =t 1−t 1−t 2tt 由温度作用产生的应变 ε=α•tα—材料的线膨胀系数。
GB50009、第9.1.2条、表9.1.2 变形受约束时截面内的应力 σ=Eε=αEt由应力积分,单位宽度上作用的约束轴力N 和约束弯矩Mt 1t 2XYδON =∫ttt tt=12ttt (t 1+t 2)M =∫t (t −t 2)tt tt=112ttt 2(t 2−t 1)这就是用位移法求解结构温度内力时所需的构件固端内力 (2) 梁、柱稳态导热情况下,梁、柱沿轴线方向温度均匀稳定,只在截面内发生变化。
因此,梁、柱所对应的导热问题应是二维稳态导热。
如上图所示,高、宽为b 、a 的梁、柱,三边温度为t 1、一边温度为t 2。
导热微分方程:t 2t tt2+t 2t tt2=0边界条件: X =0,t =t 1;X =a,t =t 1;y =0,t =t 1;y =b,t =t 2;求解得截面内温度分布:t 2t 1 t 1t 1aObXYt (t ,t )=t 1+4(t 2−t 1)π∑1(2t +1)×tt(2t +1)πyt tt (2t +1)πb t∞t =0×sin (2t +1)πx t变形受约束时,同理可得杆件两端的约束轴力N 和约束弯矩M 。
N =αE [ t 1tt +8t 2(t 2−t 1)3∑1(2t +1)3tt (2t +1)πb t (ch (2t +1)πb t −1)∞t =0] M =αE8t 2(t 2−t 1)π3∑1(2t +1)3tt(2t +1)πbt∞t =0×[t 2(tt (2t +1)πb a +1)−t (2t +1)πtt (2t +1)ttt] 应该指出,结构力学教材中固端梁温度内力计算公式是一维的公式,它并不满足二维的边界条件。
二种算法温度场的比较传统方法(一维导热) 现方法(二维导热)2、多层材料覆盖下构件的温度分布结构构件表面通常覆盖有砂浆层、装饰层,外墙还有保温、隔热层,屋面往往还铺设有防水层。
因此,就热传导讲结构构件它是由多层材料选合而成的复合构件。
它的温度分布可以上述单一材料构件的导热微分方程介为基础,通过传导过程中的物理特性来得到。
(1)墙、板对于一维稳态导热,传导过程中热流量不变,经推导可得对应每一次对流换热或传导的温度降∆t t:∆t t=(t外−t内)t tt外+t1+⋯+t t+⋯+t t+t内其中:i=1~n;t 外、t内—室外和室内的环境温度(或综合温度);t 外、t内—构件外、内表面对流换热热阻;夏季t外=0.05㎡•k/w;冬季t外=0.04㎡•k/w;t内=0.11㎡•k/w;t t—第i层材料的导热热阻,t t=t t t tt t—第i层材料的厚度(m)t t—第i层材料的导热系数(W/m•K)详GB50176、附录四。
已知t外、t内及∆t t,就可以得到各层材料的界面温度。
例:某建筑物夏季室外环境空气温度为36.9℃,室内空调设计温度为26℃,屋面太阳辐射的日照温度为23℃。
屋面做法,各层材料导热系数t、相应的换热及导热热阻、各层材料的截面温度变化等如下:交换 26由上述计算可见:a 、结构构件的温度场,可由构件所处的环境温度,通过多层材料的热传导来得到。
b 、在内、外环境温差33.9℃情况下,钢筋砼屋面板表面温度差只有3.495℃,两者差别明显。
c 、结构温度内力计算所用的温差应该是构件受力部分表面温差,不是内、外环境温差,更不是冬、夏的气候温差。
(2) 梁、柱对于多层材料组成的梁、柱截面二维稳态导热问题,可以把其他各层材料的厚度按热阻等效换算成杆件受力部分材料的厚度。
当温度变形受约束时,同理可以对实际受力部分的约束应力积分得到作用于截面上的轴力N 和弯矩M 。
t 1 Ot 2t 1t 1aa 2a 1b 1b 2b XyN=αE{t1(t2−t1)(t2−t1)+4t2(t2−t1)t3∑1(2t+1)3tt(2t+1)πbt∞t=0×[ch (2t+1)πb2t−ch (2t+1)πb1t][cos(2t+1)πt1t−cos(2t+1)πt2t]}M=αE 4t2(t2−t1)π3∑1(2t+1)3tt(2t+1)πbt{12(t2∞t=0−t1)[tt(2t+1)πb2t+tt(2t+1)πb1t]−t(2t+1)t(tt(2t+1)tt2t−tt(2t+1)tt1t)}[cos(2t+1)tt1t−cos(2t+1)tt2t]四、结构的支座约束1、结构支座的计算简图结构在荷载作用下,底部支座的计算简图通常按固端或不动铰考虑,即作为几何约束支座在水平方向无位移。
实际地下室底板或顶板在温度作用下有变形,即作为温度约束支座在水平方向有位移。
这时若仍采用原荷载作用的计算简图,则上部楼层温度变形计算时,应扣除基础的温度变形,这就像基础沉降内力计算一样,产生次应力的是沉降差而不是绝对沉降量。
在材料相同情况下,上述变形差可以用温度来计量。
因此,上部各层的计算工作温度应是该层实际工作温度与结构底端实际工作温度之差。
例:2、地下室各层之间的热传导地下室平面的长、宽尺寸一般远大于地下室层高,因此在地下33℃ 26℃ 26℃ 26℃ 18℃15℃ 8℃ 8℃ 8℃ 0℃温度约束、支座有水平位移几何约束、支座无水平位移室底板、顶板及室内空气等热传导问题计算时,可把地下室近似视为由多层介质组成的一维热传导问题。
3、地下室板底土体温度取值土中温度波峰值衰减系数如下:由上表可见,在土中达一定深度后,地表温度变化对地下的影响可以忽略不计,这时土中的温度就是地面上的年平均温(武汉地区为16.3℃)。
若取υ=0.05,这个深度为7.455m。
五、杆件截面设计1、设计状态建议按正常使用极限状态设计,即只验算变形和裂缝。
这由于杆件出现裂缝后温度应力得到了释放,结构约束状态改变了。
正常使用极限状态的荷载效应,应按标准组合进行设计。
2、设计工况设计工况可分为使用阶段和施工阶段。
施工阶段相对使用阶段讲是短暂的和临时的。
因此,施工阶段环境遇到最不利情况的可能性相对要小很多。
为与这种工作状态相协调,建议对施工阶段环境温度取值作如下调整:空气温度夏季历年最高日平均温度的平均值冬季历年最低日平均温度的平均值计算日照温度时,太阳辐射照度计算值取日平均值3、设计内力由于温度作用是一个缓慢的实施过程,应考虑砼徐变变形引起的构件应力松弛。
因此,设计内力应是上述计算内力乘以应力松弛系数。
应力松弛系数建议取0.4~0.5。
4、设计参数温度作用效应的组合值系数取0.6。
环境的空气温度、太阳辐射照度、以及建筑材料热物理性能等计算参数可参照“民用建筑热工设计规范”(GB50176)、“采暖通风与空气调节设计规范”(GBJ19)。
5、计算程序温度作用计算计量的是杆件的轴向变形。
因此选用的程序必须能考虑超高或超长方向杆件的轴向变形。
对于超长的平面,计算过程中不能采用刚性楼板假定。
六、结构各部位温度内力的分布规律1、多层结构中温度内力一般集中在顶层和底层。
多层结构中环境温度变化最大部位是结构顶层和底层。
而温度内力由温差产生,结构中温差越大的部位温度内力应越大。
例:结构中部各层板的温度内力(冬季工况)正由于温度内力的分布在结构竖向有这样的分布规律,因此,有些对结构温度作用的简化计算就仅对受影响楼层(顶层、底层)作局部计算。