超长钢筋混凝土结构的温度响应VIP专享VIP免费

第26卷第4期2000年12月四川建筑科学研究BUILDINGSCIENCERESEARCHOFSICHUAN收稿日期:1999-09-29作者简介:赵海东(1976-),男,硕士研究生。超长钢筋混凝土结构的温度响应赵海东,赵鸣,沈水明(同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:在对温度荷载全面了解的基础上,对超长钢筋混凝土结构的温度内力进行了多种计算模型的分析比较,研究了该类结构在温度荷载下的受力特点,并提出了一些设计与施工方面的建议。关键词:钢筋混凝土结构;温度;温度内力中图分类号:TU119.22文献标识码:A文章编号:1008-1933(2000)04-0007-041引言因功能要求,大量超长建筑被限制设计构造缝,这便要求考虑温度对结构的影响。现行结构设计规范对现浇框架结构不设缝的最大55m间距的规定常被突破,如北京昆仑饭店,长110m,未设温度缝仅设施工后浇带,现已建成多年,使用良好;上海华亭宾馆,长110m,未设温度缝。只要从设计、施工、材料等多方面加以精心考虑,超长建筑采取不设缝处理是完全可行的。但目前,对不设缝超长建筑在温度作用下结构的响应,以及如何通过合理的结构布置来减小温度内力等问题研究不多,本文拟就这些问题加以探讨。2温度荷载温度荷载有以下三类:(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。温度荷载的计算常有以下几种方法:(1)Fourier一维热传导方程的理论解[1]:Ti=A·EXP-�2ax·sin�2ax+��式中A为结构计算壁板的表面温度波动的波幅;�为圆频率;a为计算点距表面的距离;�为时间。(2)等效稳态传热[2]。认为因时间滞后和波幅衰减影响,只有缓慢变化的温度波才能渗入到构件深处,若以只延续几个小时的温度峰值作为钢筋混凝土构件的外表设计温度则过于保守,用一个等效的稳态外界温度来代替外表面温度。(3)指数曲线法[3]。半经验半理论求解法,采用t=(t1-t2)·e(-ay)指数形式表示温度的分布,从一维半无限体在周期热作用下热传导方程的解简化而来。(4)线性分布法。当计算整体温度内力时,取整体温差为T=(T外-T内)/2,式中T外、T内分别为室外、室内月平均气温。外表构件内外表面的局部温差取为t=2T。T外、T内均由当地的最冷月、最热月平均气温给出。3季节温差下温度内力的计算及分析建立计算模型讨论多层超长混凝土框架结构在季节温差下的总体温度内力分布情况,用SAP84V4.2结构分析软件计算,梁柱采用三维框架单元,楼板采用板壳单元。3.1标准计算模型5层框架结构,纵横向柱距均为7.5m,纵向总长为105m,横向总长为30m,柱截面为500mm×500mm,梁截面为300mm×750mm,层高为4.5m,楼板厚为100mm,混凝土采用C30,混凝土温度膨胀系数为C=0.00001,考虑夏季施工温度45℃,冬季使用温度-5℃,温差为50℃,结构平面如图1所示。图1结构平面布置从内力分析结果可以看出基本受力特征:(1)温度对结构的影响主要集中在首层楼面及底层的柱,对其它楼层的楼面及柱影响很小,基本呈拉压交替出现的局面,可以忽略不计。图2及图3同样反映了这一规律。图2中间排框架梁轴力(kN)(注:拉为正,压为负)图3夏季施工冬季使用下结构整体变形(2)2层楼面内,纵向梁受拉力,横向梁内力不大。纵向梁拉力从两边开始向中间逐渐增大,在结构横剖面上,梁拉力分布基本均匀,相对而言,边梁所受拉力比中部梁略大。7(3)底层柱的柱弯矩,由外围向中心逐渐变小,角柱处于双向受弯状态,而从2层柱开始,柱弯矩已可以忽略不计。(4)楼板内力的分布规律与梁的分布规律基本一致,较为均匀。楼板内力的大小可按其轴向刚度与梁轴向刚度的比值进行分配,在同一横剖方向上,各节点纵向位移基本一致。图4标准模型变形剖面(mm)3.2对比模型一对横向梁和纵向梁的采用不规则的平面布置(见图5a、b),考虑楼面梁的不规则布置对温度内力的影响。图5a横向梁不规则布置图5b纵向梁不规则布置各层楼面梁的内力图反映了如下特征:(1)结构温度内力分布与标准模型基本一致。由于横向梁的轴力很小,其对纵向梁次受弯平面内的弯矩的影响可以忽略,但对双向超长建筑,一个方向梁的不连续跳跃布置将对另一方向梁的次受弯平面内产生较大...