超长结构温度应力计算探讨
超长结构计算温度应力对设计结果的影响
超长结构计算温度应力对设计结果的影响摘要:根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012,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。
本文将通过具体工程分析对比超长结构考虑了温度应力后钢筋用量的变化。
关键词:温度应力;超长结构;钢筋用量一、工程概况某酒店地下车库,单层层高4.5m,长x宽:81.6x36.6㎡,未设缝。
所处场地抗震设防烈度为8度(0.20g)第三组。
框架-剪力墙结构,楼板采用现浇钢筋混凝土楼板。
框架抗震等级为二级,剪力墙抗震等级为一级。
结构平面图见下图。
二、温度应力计算1.基本气温气温是指在气象台站标准百叶箱内测量所得按小时定时记录的温度。
基本气温根据当地气象台站历年记录所得的最高温度月的月平均最高气温值和最低温度月的月平均最低气温值资料,经统计分析确定。
根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012附录E.5可查出工程项目所在地50年重现期的月平均最高气温Tmax和月平均最低气温Tmin。
2.温度应力的计算整体结构分析软件:盈建科结构计算软件。
根据计算软件,程序假定采用杆件截面均匀受温、均匀伸缩的温度荷载加载方式。
在杆件两端节点上分别定义节点温差,从而定义了一根杆件的温度升高或降低。
这里的温差指结构某部位的当前温度值与该部位处于无温度应力时的温度值的差值。
程序中输入“最高升温”和“最低降温”两组温差,分别用以考虑结构的膨胀和收缩两组温度荷载工况。
进行温度荷载下的分析时,应该将温度荷载影响范围内的楼板定义为弹性膜,之后点选结构总体信息中的“计算温度荷载”,目前程序是按照线弹性理论计算结构的温度效应,对于混凝土结构,考虑到徐变应力松弛特性等非线性因素,实际的温度应力并没有弹性计算的结果那么大。
超长混凝土框架温差收缩应力计算方法的探讨
构件采用相应的刚度折减系数 。在设计 中可采用折 减 相应构 件 的弹 性模 量 来 实 现 。该 方 法 通过 减 小 结
构 温度 荷载 响应来 考 虑应力 松 弛 , 概念 上较 为合 理 。
一
( 6 )
柱为偏心受压构件 , 文献[ 7 3 借用文献[ 8 ] 中对开 裂预 应力受弯构 件 的短期 刚度 计算 公式 , 试算 出按最
大裂缝 为 0 。 2 i n r n设计的长边端 柱开裂 刚度 折减 系数 在0 . 4 ~0 . 4 5之 间 , 不 动点 附近柱 弯矩 较小 , 可 只考
要: 采用 弹性方法计算超长混凝土框架 的温差收缩应力需考虑徐变 、 开裂等因素造成的应力松 弛 。工程通过折 减构 件刚度和
折减综合 温差来考虑温度应力松弛 。 文章通过理论推导 和数值计算得 出 , 当梁与柱 的刚度 折减系数 相等时 , 采 用折减综合 温差代
替折减构件 刚度较为方便 ; 当梁 、 柱刚度不 同时 , 宜采用刚度折减法 。 关键词 : 超长混凝 土框架 ; 应力松弛 ; 刚度折减 ; 温差折减
1 . 1 不开 裂梁板 折减 系数
当梁板 为 一 、 二 级抗 裂要 求 , 构 件 刚度 的减 小 主
是 结 构 主体在 水 平 方 向 已形 成 一 个 整 体 ,但 屋 面 和 墙 面 的保 温材 料 还 没 有及 时做 上 E 。文 献 1 - 3 3 建议 : 采用 弹性 分析 的超 长 结 构 可 综 合 考虑 收缩 和季 节 温 差作用 , 采 用综 合 等效 温差来 计 算 , 即
超长混凝土结构温度场温度应力进展论文
超长混凝土结构温度场与温度应力研究进展探讨摘要:由于混凝土结构的热传导性能差,其内外表面不断以辐射、对流和传导等方式与周围空气介质进行的热交换等作用,将使表面温度迅速上升(降低),但结构的内部温度仍处于原来状态,在混凝土结构中形成较大的温度梯度,混凝土结构的各部分处于不同温度状态。
由此产生的温度变形,当被结构的内外约束阻碍时,会产生相当大的温差应力。
关键词:超长混凝土结构;温度应力;温度场;温差荷载;混凝土开裂;耐久性;配筋量1引言目前,在一般的超长建筑结构设计的过程中,往往忽略由太阳日辐射产生的温度荷载。
这对于混凝土表层有贴面,并不直接暴露于太阳直射下的结构来说是可以接受的,但对于混凝土外没有保护贴面的,特别是些体积比较庞大的超长结构来说,是远远不够的。
许多工程结构在施工与使用中发生严重的裂损现象表明,还存在引起结构物裂损的温差荷载。
2超长混凝土结构温度场研究进展温度应力是超长框架结构设计需要考虑的重要因素,而建筑物温度场的合理选择和建立是后续温度应力分析的基础,是决定温度应力结果合理与否的关键,因此在建筑材料导热的基础上对整个结构温度场的计算分析是必要的。
在大体积超长混凝土结构中,温度场的发展过程可以分为三个阶段:①早期温度场,自浇筑混凝土开始,至水泥放热作用基本结束时止,一般约一个月左右。
此阶段特点:因水泥水化热作用而放出大量水化热,引起温度场的急剧变化;②中期温度场,自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时止。
这时的温度场是由于混凝土冷却及外界温度变化所引起的;③晚期温度场,混凝土完全冷却以后的运行期,温度应力主要是由外界气温和水温的变化所引起的,故又称为运行期温度场。
一般认为,结构在运行期间的温度荷载有以下3类:①季节温差指结构闭合阶段的施工期温度与使用阶段温度之差,也称结构中面温差,由极缓慢的气温变化所致;②骤降温差主要是强冷空气的侵袭作用和日落后夜间形成的内高外低温差;③日照温差指同一天太阳照射在结构的不同部位引起的温差。
浅析超长混凝土结构温度应力计算及控制
等 效荷 载 ( 面力 部 分 ) 呵表 示 为 :
(
计算 时 楼 板采 用P M S A P 程序 , 计 算 时采 用 二维 壳 元 ; 梁 柱分 析 采用 S A T WE 程
不动 点 附近 最大 H , 即地下 室顶 板 由于受 地下 室侧 壁 的强 约 束 , 接 近地 下 章侧 3 . 温度 升高 或 降低 均 会在 结构 内部产 生 局部 应 力 。升温 时 , 楼 板 大部 分 受压 应 力 , 压应 力 最大点 发 生在 结构 的形 心 附近 , 压应 力达 到 了2 . 1 M P a , 但仍 侧 壁处 出现 部分 的拉 应力 , 大部 分拉 应力 均小 于 混凝 土 的轴 心抗 拉 强度 标 准 值 。 当楼板 在 降温作 用 下 , 结构 整体 呈 收缩状 态 , 楼 板受 拉 应 力作 用 , 大 部 分 都在1 . 9 MP a 以下 ,在靠 近 地下 室 侧壁 的楼 板 出现 了2 . 5 ~ 3 . 7 M P a 的拉 应 力 , 超 出了混 凝 土 的轴心 抗拉 强度 标准 值2 . 2M P a ( C 3 5 混凝土) 。
1 ) 一维 杆件 的 温度作 用计 算 原理【 : 不发 生 弯 曲。假 定温 度沿 杆 轴线 变化 :
T = T ( 1 -∈ ) + . r J ∈ ,
对 于一 维 杆件 单元 , 令T = g ( x ) , 即这种 温 度分 步将 使 杆件 只 发生 伸 缩 , 而 远 小于 混凝 土 的轴 心抗 压 强度 标 准值 2 3 . 4 MP a ( C 3 5 混凝 土 ) 。 同时在 地 下 拳
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。
超长结构温度应力计算模型
超长结构温度应力计算模型超长结构温度应力计算模型是一种基于力学原理和热学原理的计算机模型,用于分析超长结构在温度变化过程中所产生的应力分布和变形情况。
本文将就此进行探讨。
超长结构是指具有较高的长度-宽度比的结构,如桥梁、高耸建筑物、铁路、隧道、管道等。
这些结构在运行过程中受到环境温度的影响,会产生温度变化,从而产生应力和变形。
为了确保结构的安全运行,需要进行温度应力计算,以分析结构的强度和稳定性。
超长结构温度应力计算模型主要包括以下几个方面:1. 温度分布模型:该模型用于分析结构在温度变化过程中受到的热载荷,确定结构的温度分布。
温度分布模型主要包括热传导模型、辐射传热模型和对流传热模型。
2. 结构应力模型:该模型用于分析结构在温度变化过程中受到的应力分布。
结构应力模型主要包括受力平衡方程、本构关系、应力求解方法等。
3. 结构变形模型:该模型用于分析结构在温度变化过程中产生的变形情况。
结构变形模型主要包括几何与约束方程、转移矩阵方法、位移求解方法等。
4. 仿真计算模型:该模型用于实现对超长结构温度应力的全过程数值模拟。
模拟计算模型主要包括网格划分、时间步长、求解算法等。
超长结构温度应力计算模型的研究对于结构的设计和安全运行都具有重要意义。
通过模型分析,可以确定结构在温度变化下的应力分布和变形情况,进而优化结构设计或调整结构参数,以提高结构的强度和稳定性。
除此之外,模型分析还可以为工程实际应用提供有效的指导,同时为结构的维护和检修提供参考和依据。
值得注意的是,超长结构温度应力计算模型的建立需要仔细规划和有效实施。
在模型建立过程中应充分考虑结构的实际情况和应用环境,同时注意数据质量和模型精度的保证。
另外,模型的使用过程中也需要严格控制误差,保证计算结果的可靠性和准确性。
总之,超长结构温度应力计算模型是一项基础性研究工作,对于结构的设计和实际应用都具有重要意义。
构建科学可靠的模型,需要加强理论研究,提高技术水平,同时加强工程实践,积累经验和数据,为未来的发展提供更加稳健的基础。
超长结构温度应力计算探讨精
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。
表1: 常用材料的线膨胀系数αT材料线膨胀系数αT(×10-6/℃轻骨料混凝土7普通混凝土10砌体6~10钢,锻铁,铸铁12不锈钢16铝,铝合金24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结构类型室内或土中露天排架结构装配式100 70框架结构装配式75 50 现浇式55 35剪力墙结构装配式65 40 现浇式45 30挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式40 30 现浇式30 20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。
超长钢筋混凝土结构温度应力问题探讨
超长钢筋混凝土结构温度应力问题探讨【摘要】近几年来,随着社会的发展和高大建筑的普及,人们一直在寻找美丽的一面,让人们更好地了解和适应气候变化。
如果结构超过一定尺寸,必须按规格确定针数,这必然会影响外观和外观。
因此,由温度等因素引起的一系列与钢筋混凝土结构有关的问题开始引起的关注。
对结构的热效应进行了研究分析。
超长时期的国内学者们都对这一问题进行了处理,希望能采取合理的措施来减少或消除转折点。
【关键词】超长钢筋;混凝土结构;温度应力;问题引言随着我国城市建设的发展,高层建筑发展迅速,超长建筑越来越多,但总的来说,结构越长,温度和收缩变形越大,建筑面积越大。
抑制内力,往往会导致结构开裂影响正常使用,因此超长混凝土结构的温度和收缩裂缝已成为结构领域的研究热点。
但是,在超长混凝土结构中,如果不进行合理的温度效应控制,则立柱和墙体等垂直构件会产生很大的温度内力,从而影响结构的承载力。
楼板可能会开裂并通过裂缝形成有害物质。
建筑物的防水性和结构耐久性非常不利,并影响建筑物的正常使用。
因此,减小温度抗力的影响是长期结构设计中的一个关键问题。
1.温度应力问题的特点从结构本身来看,长期结构对发展中国家将产生两种不利影响。
首先,超长混凝土在连续灌溉下的收缩和含水率会导致水泥体积的不平衡变化,导致大型水泥结构的裂缝。
大型混凝土结构,由于水泥和水的热循环缓慢。
热直接导致不同部件的温差增大,进而导致解体,第二个原因是环境温度的变化可能导致部件的热膨胀和收缩,导致部件之间变形和运动的不平衡,从而增加超高压的阻力快速混凝土结构。
这两个方面的不利影响主要原因是长期固有的温度变化。
温度反力是指结构或构件的变形受温度变化影响而产生的反作用力。
他们的设计和建造将继续沿用传统的常规做法,而不采取任何具体行动,这将对安全构成严重威胁。
结构,在严重情况下,结构甚至可能达到正常使用的极限而被破坏,超出了功能范围,影响了结构的正常使用。
混凝土的长期收缩具有温度逐渐变化的特点。
混凝土超长结构温度应力分析全精通
混凝土超长结构温度应力分析全精通
一、分析原理
1.热应力原理:根据材料的线膨胀系数及温度差,可以计算出温度应力。
当结构受到温度变化的影响时,混凝土会产生相应的应力。
2.纵横向温度应力不平衡原理:由于混凝土超长结构的尺寸很大,在温度变化作用下,结构的不同部位会有不同的温度变形,从而引起不平衡的应力分布。
3.材料特性:混凝土作为一种复合材料,其特性会受到温度的影响。
根据材料的热学性能参数,可以计算出具体的温度应力。
二、分析工具
混凝土超长结构温度应力分析通常使用有限元分析方法进行求解。
有限元分析是一种针对复杂结构的数值计算方法,可以较为准确地模拟结构的温度变化,并计算出相应的应力分布。
常用的有限元分析软件包有ANSYS、ABAQUS等,这些软件具有强大的计算能力和可视化效果,可以对混凝土超长结构进行全面的温度应力分析。
三、分析方法
1.平衡温度法:假设混凝土超长结构处于其中一温度状态下的平衡。
通过对结构进行瞬态热传导和力学分析,可以计算出结构在温度变化时的应力分布。
2.数值分析法:通过数值计算的方法,将混凝土超长结构划分为若干网格单元,根据其热传导和力学特性,计算出结构在不同温度下的应力变化。
3.经验公式法:根据混凝土的力学特性和温度变化规律,通过经验公式的方法来估计结构的温度应力分布。
这种方法相对简单,适用于一些简单结构和初步设计。
总结起来,混凝土超长结构温度应力分析对于工程设计来说是非常重要的一项工作。
通过深入了解分析原理、使用分析工具和熟练掌握分析方法,可以准确地评估结构的稳定性和安全性,为工程的设计和施工提供科学依据。
混凝土超长结构温度应力分析
混凝土超长结构温度应力分析【摘要】随着建筑结构各种技术的不断进步,建筑新材料、施工新工艺的不断涌现,建筑物裂缝控制的综合集成技术还会不断完善和得到补充,建筑物的裂缝问题会被有效的控制。
温度裂缝是大跨预应力混凝土结构的常见质量病害之一,如果控制措施不当,裂缝可能影响到建筑的耐久性和结构安全。
所以应从原材料、设计和施工等方面来采取有效的措施,最大限度地减少温度裂缝,提高建筑质量。
【关键词】混凝土;超长结构;温度应力分析引言:随着城市建设的不断发展,我国近年来已经建造了很多超长混凝土建筑结构,这些建筑物为了满足功能需要,通常要求不设或者少设温度伸缩缝,实际结构设计常常会突破结构设计规范要求的最大伸缩缝间距,结构设计中便要考虑温度对结构的影响。
如何正确利用该项技术对我国的超长建筑结构进行温度应力分析的技术规范和相关经验还非常有限,我们应继续完善该项技术的分析方法和步骤,总结经验,以大力推广此项新方法,希望可以为我国的建筑事业添砖加瓦。
一、温度应力分析1.温度荷载温度应力计算采用的温度荷载,一般应根据工程所在地的气象统计资料取用。
根据广东省气象局的记录,广州地区1 月最冷,月平均温度9~16℃;7 月最热,月平均温度28~29℃,取月平均温差为16℃。
考虑徐变应力等因素,取温度折减系数为0.3。
输入系统降温4.8℃。
2.简化模型分析为了明确各因素对温度应力的影响,取整体模型中的一跨作为简化模型,如图1所示。
伸缩沟的作用在于,通过其竖板的塑性变形(竖板顶部塑性铰的形成),来释放顶板的温度变形。
分析中,通过调整伸缩沟竖板的厚度来反映其塑性铰的发展程度。
取5 倍弹性转角作为塑性铰,调整竖板厚度h,分别计算竖板厚度h=0、50、100、150、200、250、300mm 时的板温度应力,计算结果如表1 所示。
表1 简化模型计算结果从表1 中可以看出:随着竖板厚度的增加,凹槽处的竖板B、B’和底板C 的应力变化非常小;板A 和A’当竖板厚度为100mm 时应力最小,之后应力逐渐增大;板D 和D’的应力随着竖板厚度的增大而减小;板E 和E’的应力随着竖板厚度的增大而增加。
超长混凝土结构温度应力影响分析
Construction & Decoration建筑与装饰2023年12月下 169超长混凝土结构温度应力影响分析聂行中铁上海设计院集团有限公司南昌院 江西 南昌 330000摘 要 温度应力是超长结构设计中重点探讨的问题之一。
本文介绍了某体育馆超长框架结构温度应力分析及设计,探讨了温度荷载的确定,并通过YJK建模计算,分析了温度应力下结构变形及楼板应力分布,根据分析结果提出来相关控制温度应力的措施,为今后类似工程设计提供一定的借鉴作用。
关键词 温度应力;超长结构;温度荷载Analysis on Influence of Temperature Stress of Ultra-Long Concrete StructuresNie XingChina Railway Shanghai Design Institute Group Co. Ltd. Nanchang Institute, Nanchang 330000, Jiangxi Province, ChinaAbstract Temperature stress is one of the key problems in the design of ultra-long structures. In this paper, the analysis and design of temperature stress of ultra-long frame structure of a gymnasium are introduced, the determination of temperature load is discussed, and the structural deformation and floor stress distribution under temperature stress are analyzed through YJK modeling calculation, and relevant measures to control temperature stress are proposed according to the analysis results, which provides a certain reference for similar engineering design in the future.Key words temperature stress; ultra-long structure; temperature load引言近20年来,我国经济实力的不断增长逐步推动着现代城市的高速发展,我国建筑行业也取得了长足的发展,人们对建筑使用功能、建筑美感也提出了更高的要求,大空间、大跨度的体育场馆、会展中心、城市枢纽中心等建筑应运而生。
超长结构温度应力的计算及控制
伊新富:现在的PKPM系列的PMSAP已经具备进行温度应力分析的功能。
我谈一下对超长结构用PMSAP计算要考虑的具体问题,望各位多提意见.砼规范9.1.3-3规定:当增大伸缩缝间距时,尚应考虑温度变化和砼收缩对结构的影响。
5.3.6条文说明:温度应力分析参见《水工混凝土结构设计规范》。
其第11.3.1规定:钢筋混凝土框架计算时,应考虑框架封闭时的温度与运用期可能遇到的最高或最低多年月平均温度之间的均匀温差。
必要时,考虑结构在运用间的内外温差。
11.3.3规定:分析钢筋混凝土框架在温度作用下的内力时,杆件的刚度应取用开裂后的实际刚度。
目前,温度应力可用PMSAP计算,刚度按"王铁梦:工程结构裂缝控制"折减为0.25~0.3,但折减后对其它所有的工况都有影响,水平位移增大几倍,所以计算时直接把温差折减到0.3倍,刚度不折减,以方便和竖向,水平荷载组合;组合系数按 "樊小卿:温度作用与结构设计",取1.3(分项系数)X0.6(组合系数)。
温度应力计算1、构筑物抗震规范,钢结构设计手册(沈祖炎等编写),烟囱设计规范等都把温度荷载作为可变荷载。
2、温度荷载效应的分项系数等于1.0,组合系数取1.0。
钢筋及混凝土材料特性有所改变(常温下基本上没变);钢结构设计手册特别说明,当温度荷载与其他荷载组合时,钢材的强度设计值可提高25%。
烟囱设计规范限制混凝土最高温度不大于150度。
3、仅考虑大气温度变化的计算温度差值(摘自钢结构设计手册) 1)采暖房屋25~35度2)非采暖房屋:北方地区35~45度;中部地区25~35度;南方地区20~25度3)热加工车间约40度4)露天结构:北方地区55~60度;南方地区45~50度4、详细的温度差可参考《民用建筑热工设计规范》GB50176-93该工程是一个非常大的平面尺寸了,建议至少设后浇带三道以上才行。
1、现在的PKPM系列的PMSAP已经具备进行温度应力分析的功能。
某超长连体结构温度应力计算
某超长连体结构温度应力计算摘要:连接体刚性连接的连体结构,由于平面狭长会形成较大的温度应力,应进行温度应力计算。
通过计算得到连体结构在温度应力作用下的应力大小与分布,分析楼板的变形与应力。
最终可见温度应力带来的楼板配筋的增大不可忽略,设计时应针对温度应力,采取相应的计算,构造加强措施。
关键词:连体结构;温度应力;温差连体结构因其独特的建筑造型而备受建筑师的喜爱,但由于连接体结构一般为平面狭长结构,并且这种狭长并不能通过设置伸缩缝等方式进行处理,因此很难满足规范对于伸缩缝最大间距的要求[1]。
连接体属于受力复杂结构构件,且结构超长,有必要对楼板温度应力进行计算分析。
一、楼板温度应力分析本工程地下一层,地上北塔12层和南塔15层,北塔五层及以上楼层与南塔同标高同层数,五层以下楼层,北塔为4层层高分别为6m、5m、4.5m、4.5m,首层相对建筑标高为±0.000,南塔为7层(相较于北塔多三层,这里以北塔楼层数作为计数层数,南塔多出的三层以夹层计数),每层层高均为3m,首层相对建筑标高为-1.000m。
两栋塔楼在7F-ROOF用连接体采用强连接方式连成一个整体。
连接体为下承式桁架,桁架跨度为30.450m,连接体每层高度均为4.5m。
塔楼平面尺寸详见表1。
结构立面及平面示意图如下图1、图2、图3所示。
连接体及相临一跨楼板厚度为150mm,其余楼板板厚为120mm。
结构梁板混凝土强度等级采用C30,钢筋采用HRB400。
由于连接体与塔楼之间采用刚性连接,因此,两塔楼之间通过连接体实现变形协调。
利用YJK软件对楼板中震下温度应力进行计算,7F-10F以全层考虑温度荷载,全层楼板属性采用弹性膜(仅计算温度应力时,其余工况仅连接体部分设置为弹性膜单元),11F-ROOF由于东西方向收进,因此仅连接体考虑温度荷载(仅连接体部分设置为弹性膜单元)。
这里分别以7F和ROOF温度应力计算为例。
图1 结构立面示意图图2 7F结构平面示意图图3 ROOF结构平面示意图表1 塔楼体型表二、温度作用取值由于季节温差作用于结构的时间更长且影响更大,这里不考虑骤降温差与日照温差的作用,温差计算过程如下。
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。
超长结构温度应力计算
超长结构温度应力计算比如说,咱们夏天吃冰棒的时候,刚从冰箱里拿出来,冰棒是硬邦邦的。
可是过一会儿,在热空气里,冰棒就会慢慢化掉,还会滴答滴答地流水呢。
这是因为温度变高了,冰棒的状态就发生了变化。
超长结构也会这样哦。
想象一下有一个很长很长的铁轨,就像一条长长的大蛇躺在地上。
在寒冷的冬天,铁轨变得特别冷,就像我们冷得缩成一团的时候。
这时候铁轨会收缩,要是没有足够的空间让它收缩,它就会很难受,就像我们穿着小鞋挤脚一样。
到了炎热的夏天呢,铁轨被太阳晒得滚烫,就像我们在大太阳下跑了一圈浑身发热。
这时候铁轨就会膨胀,要是周围的东西限制它膨胀,它内部就会产生一种力量,这就是温度应力啦。
那怎么去计算这个温度应力呢?咱们可以把超长结构想象成是由很多小部分组成的。
就像搭积木一样,每一块积木就像是结构里的一小部分。
当温度变化的时候,这些小部分有的想变大,有的想变小。
如果它们不能自由地变化,就会互相挤压或者拉扯。
再举个例子,我们有一串长长的珠子项链。
如果把这串项链放在很冷的地方,珠子之间的距离可能会变小一点;要是放在很热的地方,珠子之间的距离可能就会变大一点。
如果我们把项链两端固定住,不让珠子自由地改变距离,那珠子之间就会有力量产生,这就有点像超长结构的温度应力啦。
在计算的时候呢,我们要考虑很多东西。
比如说温度到底变化了多少度,就像我们要知道冰棒从冰箱里拿出来后温度升高了多少度一样。
还有这个超长结构是什么材料做的,不同的材料就像不同的东西一样,有的东西很容易热胀冷缩,有的就没那么容易。
就像橡皮和木头,橡皮很容易被拉长或者压扁,木头就相对难一些。
超长结构温度应力计算探讨(精)
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。
表1: 常用材料的线膨胀系数αT材料线膨胀系数αT(×10-6/℃轻骨料混凝土7普通混凝土10砌体6~10钢,锻铁,铸铁12不锈钢16铝,铝合金24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结构类型室内或土中露天排架结构装配式100 70框架结构装配式75 50 现浇式55 35剪力墙结构装配式65 40 现浇式45 30挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式40 30 现浇式30 20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。
地下车库超长楼盖温度应力分析
地下车库超长楼盖温度应力分析本工程地下车库东西向最大平面尺寸约为50m,南北向最大平面尺寸约为130m,南北向尺寸远大于规范规定的框架结构伸缩缝最大间距55m的要求,为尽可能减小对建筑功能的影响,未设置伸缩缝。
故在结构计算分析时,需考虑温度作用对结构受力的影响。
一、收缩应力的分析方法目前工程界对超长混凝土结构收缩应力的分析,最常用的方法是将混凝土收缩等效成温度收缩,与最大季节温差相加,作为最不利温差施加于结构,对整个结构进行弹性有限元分析,得到楼面中均匀分布的最大拉应力。
再将该拉应力乘以0.3的徐变应力折减系数,作为结构设计的最终依据。
而《建筑结构荷载规范》(GB50009)规定:混凝土结构分析时,考虑温度作用的结构刚度折减以及混凝土材料的徐变和收缩作用等,可参考有关资料考虑,如《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60)及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62)等。
综合考虑,本工程收缩应力分析与控制分为两个阶段:1主体结构浇筑至后浇带浇筑前(浇筑后60天),此阶段的收缩应力主要为混凝土的自身收缩、塑形收缩、碳化收缩以及干缩,而温度变化不大,温度应力不明显,同时此时间段存在着混凝土的徐变。
此阶段应力控制主要为后浇带设置以及施工控制。
2.后浇带浇筑时至结构温度变化最大(与后浇带浇筑季节相反),此阶段混凝土仍存在收缩应力,并伴随着温差引起的温度应力,同时存在着混凝土的徐变。
此阶段的应力控制为计算出考虑徐变的收缩应力,根据计算结果指导设计。
二、温度荷载取值根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)并结合以往工程经验,本工程温度荷载取值如下:根据上表,采用20,-20℃的温差进行温度作用计算(定义为TEMP+、TEMP-工况)。
三、温度作用下计算结果在温度荷载作用下的车库顶板应力分布如下图1〜图2所示:图1地下车库顶板主应力图(升温工况)图2地下车库顶板主应力图(降温工况)由上述计算结果可知:在升温和降温两个工况作用下,地下车库顶板的温度应力较小,绝大部分楼板最大主拉应力小于2.39MPa,小于C40混凝土的抗拉强度标准值,温度作用下混凝土楼板不出现裂缝。
试论超长混凝土结构温度应力计算及控制
1工程概 况
本 工程 位于泉 州市 中心 , 上部 由一 栋办公 楼 、 一栋 住宅 和 5层商业裙房 两部分构成 , 采用抗震缝 断开 , 地下室 4层。
建 筑总面积约 1 4 . 8万 m z , 其中住宅和商业的面积约为 6 . 4万
i 1 1 z
,
住宅为 2 8 层, 建筑高 9 9 m, 长 9 5 m, 宽 1 7 . 1 m。 商业裙房为
为1 . 0×1 0 , 肛 则是 材料泊松 比 ,取值为 0 . 1 5 , E则 是混 凝 土强 度 , 为 C 3 0 , C 指的是板底水平 阻力 系数 , B指的是板
在工程早期施工 阶段 , 还要采取措施进行混凝土早期 收
缩应力的控制 , 以免结构 出现变形 。而设 置后 浇带 , 则能起到 控制早 期收缩变形 的作用 。 在平面图上每隔约 3 0 m进行一条 后浇带 的设置 。而后浇带应该位 于预应力筋 的张拉端 , 宽度
屋外 围护结构 中采取 了一些 保温隔热 措施 ;也采取 了覆盖稻 草等措施避免
■_
结构长 时间暴 露 ,因此 能够减少骤 降
温差对结 构的影响 。所 以在考虑混 凝 土结构外 部温差时 ,主要考虑季节 温
差, 约3 6 ℃。
2 . 3混凝土结构温度应力计算
图 1六 层 结 构 平 面 图
对 混凝 土结 构 产 生 一 定 影 响 。 2 0 1 2年 ,
福建地 区最 高温度达 3 8 %, 最低 2 ℃。
而骤 降温差 为气温骤降产 生的瞬时 温
差, 将导致混凝 土结 构 出现急 剧收缩 ,
进而产生 裂缝 【 l J 。在工程施 工的过程
中, 为防止骤降温差 带来 的危 害 , 在房
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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。
《台州市住宅工程质量通病防治导则》(台建规[2011]202号)5.1.3 房屋伸缩缝设置间距应控制在规范规定范围之内,当框架结构房屋长度为40m~55m中部未设伸缩缝及后浇带时,应加强纵向配筋构造措施;当房屋长度55m~80m中部未设缝时应设置后浇带并加强纵向配筋构造措施;房屋长度80m以上时应设缝,未设缝时应进行温度应力计算,并按计算结果采取可靠的防裂措施。
2.2温度作用计算的依据以前规范对温度作用的计算方法没有明确的规定,可在实际工程尤其是超长的大跨空间结构商业综合体、超长地下室等的应用越来越广泛,温度工况和分项系数等的取值也是仁者见仁、智者见智。
为适应这一发展需要,现行国家规范《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)增加了温度作用计算的相关内容,为温度作用的计算提供依据,其要点总结如下:由于统计上的不确定性和时间变化,温度作用一般都有一个区间概念,如结构合拢温度是一个区间,结构使用过程中温度也是一个区间。
结构温度作用计算需要考虑两种工况:最大升温工况和最大降温工况,最大升温工况是最高平均温度与最低初始温度的差值,最大降温工况是最低平均温度与最低初始温度的差值。
2.2.1结构最高平均温度和最低平均温度的确定结构最高平均温度和最低平均温度分别由最高、最低基本气温确定。
“对暴露于环境气温下的室外结构,结构最高平均温度和最低平均温度一般可分别取基本气温最高值和最低值”,对温度变化敏感的金属结构(如钢结构),还要考虑昼夜气温变化对基本气温进行适当放大;对室内结构,结构最高平均温度和最低平均温度可依据室内和室外的环境温度按热工学的原理确定,当仅考虑单层结构材料且室内外环境温度类似时,可近似地取室内外环境温度的平均值。
2.2.2结构合拢温度的确定结构设计时一般要明确结构合拢温度,也就是最高和最低初始温度,一般和施工时间有很大关系,但设计不可能等到施工那一天才进行温度作用计算,因此需要预定一个合拢温度区间。
这个温度区间应尽量对施工时温度有合理预见,使施工单位有实施可能性,即应考虑施工的可行性和工期的不可预见性。
区间不能太小,否则施工没法保证。
温度区间也不能太大,否则温度作用预估过大。
在没有确切资料的情况下,规范给出了合拢温度区间的量化取值建议,即在最高、最低的基本气温区间内按3:4:3的比例划分,中间40%的区间值即为合拢温度区间。
混凝土结构的合拢温度一般可取后浇带封闭时的月平均气温,钢结构的合拢温度一般可取合拢的日平均温度,但当合拢时有日照时,应考虑日照的影响。
实际施工时的合拢温度的核定可取结构合拢当日的日平均气温。
2.2.3温度作用的分项系数和组合值系数规范给出了温度作用分项系数和组合值系数建议值,即分项系数按可变荷载取1.4,组合值系数取0.6。
三、温度作用计算软件应用1.计算条件:本工程采用PMSAP(2010 版)分析温度荷载对裙房屋面梁、板、柱的影响。
计算模型:导入PMCAD模型计算温差:±5℃以下为温度荷载的输入参数:2.计算结果及分析:1.楼板计算结果:1) 无塔楼约束区域板面温度应力为1.2MPa左右,采用附加拉通钢筋抵抗温度应力作用。
取1m板带计算如下:As=As,=153mm2,为板底板面所需附加拉通钢筋。
2) 有塔楼约束区域板面温度应力为1.8MPa左右,采用附加拉通钢筋抵抗温度应力作用。
取1m板带计算如下:As=As,=280mm2,为板底板面所需附加拉通钢筋。
温度应力局部区域有变化,采用上述同样方法换算成普通钢筋。
2.梁计算结果由于屋面梁需考虑裂缝,经比较,均为裂缝计算结果控制配筋。
温度作用使多跨度梁产生较大轴力,一般无塔楼约束区域中间梁轴力达700kN左右,有塔楼约束区域中部梁轴力达800kN左右,洞口附近和剪力墙角处应力集中,最大的梁轴力达1400kN。
通过换算中间跨采用N4Φ20的腰筋,局部轴力较大处腰筋计算确定。
3.柱计算结果柱PMSAP计算配筋与SATWE相比,主要是塔楼周边的柱子纵筋增大,无塔楼约束区域与SATWE计算结果相同。
四、温度作用计算工程实例:星光耀广场A地块6#楼温度应力计算书:本项目6#商业楼位于台州市路桥区路北街道,地块东至银座北街,南至腾达路,西至会展东路,北至双水路。
为1栋5层商业楼,结构总高度25.4米,南北长约188m,东西宽约104m,为双向均超长的框架结构。
本工程分析主要考虑主体合拢后(即后浇带封闭后)的情况,由于平面较长,温度应力影响较大,为避免单方面“抗”的方式造成浪费,在屋面结构中部设置双梁诱导缝,以释放部分温度应力。
封闭前各部分面积在规范规定不设缝范围内,此时温差引起的应力较小,可以忽略不计;当后浇带封闭后,整个区域作为一个整体进行剩余的收缩变形和抵抗季节温差作用。
根据台州当地气象环境,一般选取30年一遇月平均最高气温和月平均最低气温。
初始温度选取后浇带合拢时室外空气温度为准。
收缩当量温差考虑为永久收缩和合拢时收缩差值温度等效值。
季节温差和当量温差相加为混凝土最终温差。
根据气象局及《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)提供的资料,初定台州地区的月平均最高气温为36℃,月平均最低温度-2℃,混凝土收缩当量温差15℃(专家意见:考虑后浇带等措施后折减系数采用0.4),后浇带合拢温度约为10℃,计算取为10℃。
在软件计算中,温度取值为:降温为-18℃(-2-10-15X0.4=--18℃),升温为8℃(36-10-15=11℃)。
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)要求,温度效应分项系数取值为1.4,组合值系数为0.6。
同时考虑到徐变对内力的影响,取徐变折减系数为0.3。
五、一些常见误区及认识:5.1混凝土结构伸缩缝间距增加的措施目前的建筑(尤其是公共建筑)体量均较大,超长情况较多,如何合理设置伸缩缝间距是结构工程师经常要面对的问题。
工程实践表明,采取有效的综合措施,伸缩缝间距可以适当增大。
这些措施主要包括:采用后浇带、控制缝等施工措施,加强浇筑后的养护;采用补偿收缩混凝土、设置膨胀加强带;采用专门的预加应力或增配构造钢筋的措施等。
需要注意的是:后浇带仅能减少施工阶段温度变化和混凝土收缩的影响,不能减少使用阶段温度变化的温度应力,合理设置后浇带并有可靠经验时可适当加大伸缩缝的间距,单一般不可用后浇带替代伸缩缝。
5.2特殊结构的温度作用对于大型结构来说,温度场仅是一个相对均匀的场,不可把所有构件一概而论都取同样的温度作用。
比如,室外构件可以认为承受大气环境温度场,而室内构件则不同,它承受的温度变化幅度一般要较室外构件小;室内构件,有采暖和无采暖时的温度变化幅度不同,屋顶天窗处可以受到阳光直射的钢构件和阳光无法照射的构件也不同;即便是阳光直射的构件,其迎光面和背光面有时也会形成梯度较大的温差。
因此,对于此类工程应该根据经验把不同区域的构件区别对待,必要时也可借助CFD数值模拟方法进行温度场分析,以指导设计时温度作用的取值。
5.3考虑施工阶段的暴晒时的温度作用施工周期较长的大跨度钢结构,由于屋面维护没有安装,考虑到太阳暴晒的影响,施工阶段的温度极大值有可能超过使用阶段的最高值。
这时,结构的最高平均温度应予以适当增大,具体的增大数值严格地讲和结构朝向和表面材料的颜色均有关系,规范给出的建议是根据表面颜色和朝向增加2~15℃,也有一些专家认为增加20℃为宜。
需要指出的是,进行构件验算时,考虑施工阶段暴晒的温度作用可仅与自重进行组合,而不必与活荷载、风荷载和地震作用同时组合,否则可能会带来不必要的浪费。
结构使用阶段的温度作用应正常组合。