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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:

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)
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。

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