温度作用与结构设计.doc

《温度作用与结构设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、.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

2、。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

3、数。可参照“民用建筑热工设计规范”GB50176、附录2.6I—水平或垂直面上的太阳辐射照度。可参照GB50176、附录三、附表3.3αe—外表面换热系数。取19.0W/㎡•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室内ts=0。因此，室内环境温度tse=te1、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

4、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。一、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..∂2t∂τ=a(∂2t∂x2+∂2t∂y2+∂2t∂z2)其中a——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

5、）；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：∂2t∂x2+∂2t∂y2+∂2t∂z2=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。t1t2XYδO如上图所示，墙、板厚度为

6、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求解得截面内温度分布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、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MN=oδσdy=12αEδ(t1+t2)M=oδσy-δ2dy=112αEδ2(t2-t1)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..（1）梁、柱稳态导热情况下，梁、柱

7、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。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；求解得截面内温度分布：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

8、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