温度作用与结构设计.doc

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温度作用与结构设计
前言
GB50009-2012把温度作用正式列入建筑结构荷载规X，但它未提与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，程序并没有涉与，而是由用户自行定义。
1、常见思路
确定合拢温度：假如取年平均气温、某某地区为16℃
温度变化幅度：某某地区、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、可变荷载一样
2、问题
建筑物不同部位〔地上与地下、室内与室外〕的环境温度并不一样。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展温度内力计算。
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环境温度取值
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外表产生的温度，它是一个非均匀温度场，可由下式计算：
ts=ρIαe
ρ—太阳辐射吸收系数。可参照“民用建筑热工设计规X〞GB50176、附录
I—水平或垂直面上的太阳辐射照度。可参照GB50176、附录三、附表
αe—外外表换热系数。/㎡•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=te
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、。
冬季 50年一遇最低日平均温度。可参照GB50176附录三、附表“采暖通风与空气调节设计规X
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〞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，。
结构的温度内力
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
×10-5㎡/s；×10-7㎡/s〔1/124〕；
泡沫砼 〔ρ=627kg/m³〕×10-7㎡/s〔1/326〕；
木材 ×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
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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X围十分有限〔，加气砼砌块〕。忽略非稳态项影响，如此导热微分方程简化为：
∂2t∂x2+∂2t∂y2+∂2t∂z2=0
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。
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t1
t2
X
Y
δ
O
如上图所示，墙、板厚度为δ、外表温度分别为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•t
α—材料的线膨胀系数。GB50009、第、表
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M
N=oδσdy=12αEδ(t1+t2)
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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
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。
t2
 
t1
t1
 
t1
a
O
b
X
Y
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；
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