在高层建筑结构设计中如何考虑温度竖向作用
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般太于边柱,更远大于角柱,中桂的竖向缩短就要大于边柱 及角柱。 固重力荷载引起的蛏向构 件变 形羞 及结构的 约束内力
可通过结构 力学的方法进行分析与计算:其次,有 因混凝土收 缩与绦变 引起白 勺 向构件变形差异。 关于此问题.我国现行的
”高层 建筑 结 构 设计 规程 『 J G J 3 —9 1 ) ”。 { I 未 于 考虑, 在 我 国
置温度缝或 采用其它措施 ( 如活动 芰座等 J予以减小或消除。 随着建筑科学技术的进步,建筑结构不断向高层 发展。高 度愈来愈大 ,由于采用了高强 度的建筑材料,结 构构件截面则 大为减小. 自重大 为减轻。因结构构件位置及方位的 不同,从
而 受 曰照 的情 况 不 同, 产 生 温 度 差 异 : 建 筑 物 室 内 外温 度 不
第一,确 定环境温度作用下结构构件的相当稳惑温度 驶在
此情况 F 的 设 计平 均 温 度;
寸 匪 筐
( b ) ( c )
第二,确定部分暴露在室外的蛏向构件截面内温度 分布的
规 律 .温 度 梯 度 及平均 温 度 ;
第三,确定构件的温度变形及变形差异; 第四,确定构件温度变形差异引起的构件内力,诈与其他
程 及 有关专 著 中 ,对 温 度 作 用 也是 没 有 考 虑 或 涉 及甚 少。 但 铁
道 幕统的一些 ' 虚计 单位.对桥梁 烟囱、筒仓等类结构在温度
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结 构设 计
是 非 线性 的。 L
一
基
建
优
化
2 0 0 1 年第2 2 卷 第2 期
讨。
1高 层建筑结构里 温度竖 向作用 的类型与 特点
在许 多高层建筑结构中,或者为了使建筑立面具 有特色,
或 者 为 了增 加 室 内 的使 用 面 积 及 室 内 美感 , 常常 采 用 外 廊桂 , 或者 使 外柱 部 分或 全 部 暴 露 在 外 面。 室 内温 度 是 可 以进 行 ^工 调 控 的 ,使 之 保持 在 舒适 温 度 l 1 ℃ ~2 l ℃) 的 范 围 内。 固此 . 结 构 在 室 内的 构 件 . 其 境 温 度 基 本 上 是稳 定 的 。 但 是 都 抒或
一
l 、 3 整 个 建 筑 蛄构 不 同 方住 承 受 的 日 照 强度 不 同 .而 在 向 阳
面和 霄坍面鲁 产生温差。
\
定高度后与其他作用一块考虑温度作用 不仅是 重要的而 且是
日光 对结 构 的 照 射 作 用不 仅是 很 强 烈的 , 而 且是 l 遗时 阃 、 随 日照 的 方 位 不 同 在变 化 着 , 如 图2 所 示 0 对 整 个 建筑 物 而 言 ,
产 生 温 度 梯 度 , 此 温 度 梯 度 的 技 应 造 成 柱 子 弯 曲 及 长 度 变 化 【 伸{ 乏 或缩 短 J。根 据 实 删 及理 论 分析 , 柱 子截 面的 温 尝梯 废
专家有关高层建筑结构设计的专著 中对此问 讨论甚 少。作者 对此 问 已作 r必要的论述 。 第兰 ,有温度作 } } } 引起的结构 竖 向拘件变形差异有些国家的结构 设计中对这方面 作了考虑, 但 各蒙计算的方法不尽相同 。 。在我国的高层建筑结构设 计规
个 与 重 力荷 载 、 馀变 ,啦 缩 、湿 度 变 化 .风 荷 载 、地 震 荷 载 等
图1外柱轴向缩短殛其效应
a 一 ^外柱 £有i量 ; ^外枉 有t兰 . 慨 定卟柱 自自
△H = △日
,£ i △儿 = l L | △t ,扣t<, . 外扯 扳 年产 ^盘 ,所
同,结构在室 内的构件与暴露在外的构件 电台产生温度差异; 这些都会造成结构构 件的| 整形差异 及温度应力。 因此.在 ~定 条件下,当结 构高度超过一定R度后,在高层建筑结 构的设计 巾,就不得不考虑竖向的温度作用了。 高层建筑结 构竖 向构件 ( 柱于 剪力墙,简体 J的竖向变 形 差异 可以由多种原因引起。首先, 宵困重力荷载 不等 引起的 竖 向构件轴向应力差及盎彤差,如框架结构中柱的轴 向压应力
来自百度文库
与其相连接柱内f j 匀 剪力。楼板弯矩使柱产生丁轴向 。 1 . 2 部 分外露柱 子夸热表面温度产生的差异 变开 j 部分 外露 的柱 子( 也 包括部 份 外露的 其他 构件 蛳堵 ,粟 等) ,外表面既受到季节温度变化的作用,迁要受到 日期,寒流 的作用,内表面则保持接近于室温。此温度 差异在构件截面内
关键词 :温度 竖向作 用 温度盖 变形差 日照 约束应 力
中国分类号:T U1 1 1 3
文献标识码:A
文章编号 :1 0 0 0  ̄7 7 1 7( 2 0 0 1 )O }— 0 0 3 2 —3 5
Ho w t o Co n s i d e r Ve r t i c a l Te mp e r a t u r e Ef f e c t i n T a l l Bu i l d i n g De s i g n
作用下的 变形及约束应力却作了鞍系统的研究与实洲 ,这些 层建筑结构 设计 中如 何考虑温 度竖 向作 用进行一些 柳步的探
变形差异甚小, 可以忽略不计 ,温度作用能使 建筑结构产生水
平方向的变形 ( 伸长或缩短),在 一定约束条件下 ,此种变形
差 可 引起鞍 大 的 结 构 内 , J 。 但此 种约 柬 内力 可 借助 于适 当 地 设
c 一喜 i 内外 8{通过 }t 连接 在一 《 , d 一 目i应竹 m产± 的 阜盘 在
加 f }
一
、板 ^ 起 t度 月 加 ^ 【 目中
t’ i应 ,t . 一一 t内 t虞
作用效应 合理组合的问题。 但是,不论从理论分析迁是从实际观测, 当建筑结构达到
必要 的 , 同 时 ,也 是 可 能 的 ,按 照 上 述 步骤 做 玉就 可 } 导 到 有 用的结 果 。
向阳面的结构构件与背 阴面的构件会产生相 当大的温差.从而 造 成整个结构构 件的变形差异 温 度作用造 成的约束应力大体上可分为两种:一种是由于 结 构某一构件因纤维问温度不同而产生应变差异受到 约束 引起
t empe r a t ur e e f f e c t ; c h a r a c t e r o fv e r t i c l a t emp er a t u r e e f f e c t ; c on s i de r v e r t i c a l t e mp e r at u r e e f f e c t on be a r i n g l i mi t s t a t e; c ons i de r ve r t i c l a t e mp er a t u r e e f f e c t on n or ma l US e l i mi t s t a t e. Ke y wor ds : Ver ti ca l t emp e r a t ur e e f f e c t Te mpe r a t u r e d i f f er e n c e De f or ma t i o n d i f f e r e n c e S un s h i n e Re s t ic r t i ve St r e s s
幺样的 最高 及最 低 设计 温 度 。
一
构 件温度不同所产 生的 变形差异受到 约束而 引起的应 力, 可称 之 为外约束应力。就钢筋混凝土结构来说.温差应力具有下列
特 点。 ” :
1 . 3 . 1 应力一应变不再 符合虎克定律; 1 . 3 . 2 由于温度沿构件厚度方向是非线性分布的 ,所 以构
杨丽 韩 波 郭 志 拳
( 西 安 交通 大学,西安 7 1 0 0 4 9 )
摘要 :拳文讨论 了下列几方面的问题 :为什 幺要 考虑爰度 竖向作 用;温度 竖向作 用的粪型 :温度 竖向作 用的特点:按 承
戴 能 力掘 限状 态 考虑 温 度 竖向作 用 ;按 正 常 使 用 极 限状 态 考 虐 温度 坚 向作 用 。
作用 ( 重力荷载 .捺变及收缩作用,湿度变化作用,风荷载 , 地震荷载等)引起 的内力进行合理组合,然后进行结构设计 , 需要强调的是,要想精确计算温度变化在商层建筑结构中 产生的变形与 内力是甚为困难 的,这是由于温度作f f } m与 多 变的环境温度有关.而且 与建筑结构的村料.截面尺 ‘ 有关, 与温度在构件截面内的传播规律有关,与结构体系类型 及结构 构件之间的连接方式 有关 .与结构构件 的刚度有关;此外迁有
一
垒部暴露在外部的结构构件,不但要经受昼夜及季节性温度变 化 的作用,而且耍经受 日照的强烈作用及寒流的突然袭击。结 构内部构件因温度作用的氅向变形变化甚小。而外锘 构件的竖 向变形的变化则很 大。这种竖向变形差异随建筑结构层数的增
加 及建 筑 高 度的 增 大 是 累 加 的 , 而且 越 靠 顶 层 越 大 。 当 建筑 结 构 高度 达 到 一 定 程 度 后, 这 种 结 构构 件变 形差 异 在 结 构 承重 构
YANG L i HAN Bo GUO Zh i g o n g
(Xi ’ a n J i a o t o n gUn i v e r s i t y , Xi ’ n 7 1 0 0 4 9】
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" 2 0 0 1 年4 月
第2 2 卷
第 2期
基
建 优 化
Ap r 2 0 01 V0 I . 2 2 N0 . 2
MI Z AT I ON OF CAP r r AL CoH n U U 订 I oN
在 高 层建 筑 结 构设 计 中如 何考 虑温 度 竖 向作用
的 应 力 . 可 称之 为 内约 束 应 力 ; 另 一 种是 由于 结 构体 系 内部 各
2 设计温度 的确定方 法
2 、 l 季节性温度 变化理平均温度 ,室内外温差的靖 定 室外大气温度是随季节变化的,夏季温度高,外部 向构 件的温度伸长远大于室 内. 冬季温度低.外 部竖向构 件的温度 缩短远大于室 内。 无论 冬季 夏季.内外部竖 向构件部会产生变 形差异,结构愈高,此 差异就愈大。问题是设计中究 竟采用什
件l , 立 非承重构件 内引起的内力及消极作用就不能不考虑 r 。
对 结 构的 温 度竖 向作 用大致 可分 为下 列 三 种类 型 : 1 . 1 季 节性 温度 变化 造 成 室 内外 鲒 构 的 变彤 差 异 我 们 考虑 高 层框 架结 构 的 外跨 问这 一 部 分 ,如 同1 所H 。 柱 子 残泉 温 度 移 动 导致 结 构 产 生 挠 曲 、弯 矩 及 粱板 系统 和
温鏖作用 ( 温 度 茼 载 } 对 多层 建 筑 结 构 在竖 向影 响 下 夫,
研 究 成 果 对高 层建 筑 结 构 设 计 很 有 参考 价 值 。 本 文就 是想 对 高
这是 因为 多层建筑结构材料多用砖砌体,体量大,竖 向白重荷 载相对较大,结构 叉不高,所以温 鏖作 用造成的蛏 向构件温度