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=

e

I

αρ

ρ—太阳辐射吸收系数。GB50176、附表2.6

I —水平或垂直面上的太阳辐射照度。GB50176、附录三、附表3.3

e α—外表面换热系数。取19.0W/m

2

·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：

χαπυT

e

-

=

波传导的延迟时间：απ

ξ

T

x 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。因此，结构温度作用计算的时间单元以日为宜。

3、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。查GB50176

附录三、附表3.2。武汉地区为36.9℃

冬季 50年一遇最低日平均温度。查GB50176

附录三、附表3.1或GBJ19，武汉地区为

-11℃

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，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。太阳辐射照度查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

在以日为周期情况下，忽略随时间变化的非稳态温度场的影响。则建筑结构的导热计算就可以只考虑稳态温度场的影响。 ⑴、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。

则 导热微分方程 022=dy

t

d

边界条件 10t t y == ， 2t t y ==δ 求解得截面内温度分布 y t t t t δ

2

11--

=

由温度作用产生的应变 t ⋅=αε 变形受约束时截面内的应力 Et E αεσ==

由应力积分，单位宽度上作用的约束轴力N 和约束弯矩M

)

(2

1

210t t E dy N +==⎰δασδ

y

()1220121

2t t E dy y M -=⎪⎭⎫ ⎝

⎛-=⎰δαδσδ 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 ⑵、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，则：

导热微分方程 02222=∂∂+∂∂y

t

x t

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：

()()

()

∑∞

+-+

=0121121

4,＝n n t t t y x t π

×()()()a x n a

b n sh

a y

n sh

πππ12sin

1212+⨯++

x

y

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 。

()⎥⎥⎥⎥⎦⎤

⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+++-+=∑∞=033

1221)1)12(()12()12(18n b

n ch b n sh

n t t a ab t E N απαππα ()()∑

∞

=++-=0

3

3

12212121

)

(8n a

b n sh

n t t a E

M ππα

×⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡++-⎪⎭⎫

⎝

⎛++a b n sh n a a b n ch b πππ)12()12(1)12(2 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。 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、装饰面层，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。 ⑴、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i t ∆：

i t ∆=内

外内外）

（R R R R R R t t n i i

++++++- (1)

其中：i=1～n ；

内外、t t ——室外和室内的环境温度（或综合温度）