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1、-超长构造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构造或构造构件由于温度场变化所引起的作用，具有以下特点：1温度作用是由构造材料“热胀冷缩效应被构造、外约束阻碍而在构造产生的力作用，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建筑构造从开场建造到撤除都会受到所处温度场影响，因而温度作用伴随着构造的生命全周期过程；4引起构造温度变化因素很多，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、温度作用的规规定：2.1什么时候需要进展温度作用计算根据温度作用的特点可知，构造中产生的温度作用大小主要与构
2、造材料线膨胀系数和构造长度有关。表1为常用材料线膨胀系数T，可见构造钢和混凝土的线膨胀系数非常接近。正因为如此，在计算钢筋混凝土构造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600*600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T材料线膨胀系数T×10-6/轻骨料混凝土7普通混凝土10砌体610钢，锻铁，铸铁1
3、2不锈钢16铝，铝合金24实际构造不可能没有约束，总会在构造中产生温度应力，当构造长度较小时，可忽略温度应力和温度变形对构造的影响。现行规根据不同的构造形式给出该长度温度区段长度经历值，详见表2，当构造超出该长度时才有必要进展温度作用计算。表2: 钢筋混凝土构造伸缩缝最大间距(m)构造类型室或土中露天排架构造装配式10070框架构造装配式7550现浇式5535剪力墙构造装配式6540现浇式4530挡土墙、地下室墙壁等类构造装配式4030现浇式3020建筑构造设计时，应首先采取有效构造措施来减少或消除温度作用效应，如设置构造的活动支座或节点、设置温度缝、采用隔热保温措施等。当构造或构件在温度作用
4、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，比方构造*一方向平面尺寸超过伸缩缝最大间距或温度区段长度、构造约束较大、房屋高度较高等，构造设计中一般应考虑温度作用。?市住宅工程质量通病防治导则?(台建规2021202号)5.1.3 房屋伸缩缝设置间距应控制在规规定围之，当框架构造房屋长度为40m55m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55m80m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，未设缝时应进展温度应力计算，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对温度作
5、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构造商业综合体、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。为适应这一开展需要，现行国家规?建筑构造荷载规?(GB50009-2021)增加了温度作用计算的相关容，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，如构造合拢温度是一个区间，构造使用过程中温度也是一个区间。构造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。构造最高平均温度和最
6、低平均温度确实定构造最高平均温度和最低平均温度分别由最高、最低根本气温确定。“对暴露于环境气温下的室外构造，构造最高平均温度和最低平均温度一般可分别取根本气温最高值和最低值，对温度变化敏感的金属构造如钢构造，还要考虑昼夜气温变化对根本气温进展适当放大；对室构造，构造最高平均温度和最低平均温度可依据室和室外的环境温度按热工学的原理确定，当仅考虑单层构造材料且室外环境温度类似时，可近似地取室外环境温度的平均值。构造合拢温度确实定构造设计时一般要明确构造合拢温度，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展温度作用计算，因此需要预定一个合拢温度区间。这个温度区
7、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，规给出了合拢温度区间的量化取值建议，即在最高、最低的根本气温区间按3:4:3的比例划分，中间40%的区间值即为合拢温度区间。混凝土构造的合拢温度一般可取后浇带封闭时的月平均气温，钢构造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构造合拢当日的日平均气温。温度作用的分项系数和组合值系数规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
8、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PMSAP2021 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：AsAs，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：AsAs，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
9、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N420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计算结果一样。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：本工程6*商业楼位于市路桥区路北街道，地块东至银座北街，南至腾达路，西至会展东
10、路，北至双水路。为1栋5层商业楼，构造总高度25.4米，南北长约188m，东西宽约104m，为双向均超长的框架构造。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，为防止单方面“抗的方式造成浪费，在屋面构造中部设置双梁诱导缝，以释放局部温度应力。封闭前各局部面积在规规定不设缝围，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展剩余的收缩变形和抵抗季节温差作用。根据当地气象环境，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
11、差和当量温差相加为混凝土最终温差。根据气象局及?建筑构造荷载规?(GB50009-2021)提供的资料，初定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-18-2-10-15*0.4=-18，升温为836-10-15=11。根据?建筑构造荷载规?(GB50009-2021)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*变对力的影响，取*变折减系数为0.3。五、一些常见误区及认识：5.1混凝土构造伸缩缝间距增加的措施目前的建筑尤其是
12、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构造工程师经常要面对的问题。工程实践说明，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历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特殊构造的温度作用对于大型构造来说，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。比方，室外构件可以认为承受大气环境温度场，而室构件则不同，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直射的钢构件和无法照射的构件也不同；即便是直射的构件，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历把不同区域的构件区别对待，必要时也可借助CFD数值模拟方法进展温度场分析，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构造，由于屋面维护没有安装，考虑到太阳暴晒的影响，施
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