温度作用和结构设计.doc

温度作用与结构设计前言GB50009-2012把温度作用正式列入建筑结构荷载规,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容,但对温度力计算时必须先行解决的杆件截面温度场问题,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、地区为16℃温度变化幅度:地区、夏季37℃-16℃=21℃、冬季16℃-(-5℃)=21℃温度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力计算。环境温度取值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=ρIαeρ—太阳辐射吸收系数。可参照“民用建筑热工设计规”GB50176、—水平或垂直面上的太阳辐射照度。可参照GB50176、附录三、—外表面换热系数。/㎡•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室ts=0。因此,室环境温度tse=te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、。冬季50年一遇最低日平均温度。可参照GB50176附录三、“采暖通风与空气调节设计规”GBJ19。室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,取日照辐射时段太阳辐射照度的平均值。太阳辐射照度可参照GB50176附录三,。结构的温度力导热微分方程的解无热源的导热微分方程∂2t∂τ=a(∂2t∂x2+∂2t∂y2+∂2t∂z2)其中a——热扩散率(㎡/s),×10-5㎡/s;×10-7㎡/s(1/124);泡沫砼(ρ=627kg/m³)×10-7㎡/s(1/326);×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t(温度)τ时间脉动温度平均温度以日为温度变化周期,温度变化幅度小、周期短、影响围十分有限(,)。忽略非稳态项影响,则导热微分方程简化为:∂2t∂x2+∂2t∂y2+∂2t∂z2=0墙、板稳态导热情况下,墙、板在平面温度均匀稳定,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。t1t2XYδO如上图所示,墙、板厚度为δ、表面温度分别为t1和t2。导热微分方程:d2tdy2=0边界条件ty=0=t1,ty=δ=t2求解得截面温度分布t=t1-t1-t2δy由温度作用产生的应变ε=α•tα—材料的线膨胀系数。GB50009、、=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MN=oδσdy=12αEδ(t1+t2)M=oδσy-δ2dy=112αEδ2(t2-t1)这就是用位移法求解结构温度力时所需的构件固端力梁、柱稳态导热情况下,梁、柱沿轴线方向温度均匀稳定,只在截面发生变化。因此,梁、柱所对应的导热问题应是二维稳态导热。t2 t1t1 t1aObXY如上图所示,高、宽为b、a的梁、柱,三边温度为t1、一边温度为t2。导热微分方程:∂2t∂x2+∂2t∂y2=0边界条件:X=0,t=t1;X=a,t=t1;y=0,t=t1;y=b,t=t2;求解得截面温度分布:tx,y=t1+4(t2-t1)πn=0∞1(2n+1)×sh(2n+1)πyash(2n+1)πba×sin(2n+1)πxa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=αEt1ab+8a2(t2-t1)π3n=0∞12n+13sh2n+1πbα(ch2n+1πbα-1)M=αE8a2(t2-t1)π3n=0∞1(2n+1)3sh(2n+1)πba×b2ch(2n+1)πba+1-a(2n+1)πsh(2n+1)πba应该指出,结构力学教材中固端梁温度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