超长框架结构的温度作用计算及工程设计.

主体结构温度作用分析在结构设计时，往往不能准确确定施工时间。

即使确定了施工日期，也不能作为标准，因此，结构合拢温度通常是一个区间值。

我们给出的合拢温度：取某城市的近30年的最高、最低的月平均温度（最高月平均温度37℃，最低月平均温度-5℃），并按3:4:3的比例划分，取中间40%的区间值为合拢温度区间（7.5℃~24.5℃），得出结构的最大升温工况为29.5℃，结构的最大降温工况为-29.5℃。

此外，由于真实季节性温差是一个缓慢加载过程，而程序是瞬间降温计算，考虑到混凝土材料的徐变特性后，实际结构产生的温度应力要小得多，在程序中可以通过松弛系数H来考虑，根据《工程结构裂缝控制》，对于不允许开裂的情况，H=0.3~0.5，对于允许开裂的情况，H=0.5×（0.3~0.5），本报告在计算时取0.3。

图1~图8分别列出了少年宫1层和2层在升温工况和降温工况下楼板最大主应力和最小主应力值。

图9~图16分别列出了少年宫1层和2层在升温工况和降温工况下剪力墙最大轴力和最小轴力值。

图1**结构1层楼板升温工况最大应力（Mpa）图2**结构1层楼板升温工况最小应力（Mpa）图3**结构1层楼板降温工况最大应力（Mpa）图4**结构1层楼板降温工况最小应力（Mpa）图5**结构二层楼板升温工况最大应力（Mpa）图6**结构二层楼板升温工况最小应力（Mpa）图7**结构二层楼板降温工况最大应力（Mpa）图8**结构二层楼板降温工况最小应力（Mpa）图9**结构一层剪力墙降温工况最大轴力（Mpa）图10**结构一层剪力墙降温工况最小轴力（Kn）图11**结构一层剪力墙升温工况最大轴力（Kn）图12**结构一层剪力墙升温工况最小轴力（Kn）图13**结构二层剪力墙降温工况最大轴力（Kn）图14**结构二层剪力墙降温工况最小轴力（Kn）图15**结构二层剪力墙升温工况最大轴力（Kn）图16少年宫结构二层剪力墙升温工况最小轴力（Kn）分析图中计算结果可知，1层、2层楼板的大部分区域在升温工况和降温工况下楼板最大主应力和最小主应力值均在C35混凝土的抗拉、抗压强度设计允许值范围内。

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：2.1什么时候需要进行温度作用计算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。

格 的保温设计 ， 在投入使用后室 内将处于空调恒温状态 。根
据暖通专业设计 要求常年 室内环境 最高温为 ， Ｉ Ｉ 眦自＝ ２ ５ ￣ Ｃ， 最 低温为 ｒ Ｉ ＝ ２ ０ ￣ Ｃ。为避免不必要的浪费 ， 更 为合 理地计算
使用 阶段 的温差 ， 本工程温度应力分析时考虑 了室 内空 调环
第 ２期（ 总第 １ ９ ０期 ）
翘： Ｉ 乏 建－ 前
浅谈超长结构 温度作 用设计要点
刘 存 顺
建 筑 设 计 ■
（ 中城建 （ 福建 ） 建筑设计研 究院有限公 司， 福建 福 州 ３ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘
要
佰翔海景 酒店客房楼 结构单体长度达 １ ２ ０ ． ６ ｍ， 宽度仅 ２ １ ． １ ｍ， 采用钢筋混凝土框 架结构 ， 属于超长结构。
店， 东、 南侧临海 。定位为豪华五星级酒 店。项 目总用地面积
为９ １ ５ ９ ４ ． ５ ｍ ｚ ，总建筑面积为 ９ ４ ２ ３ ５ ． ０ ８ ｍｚ ，地上建筑面积为 ８ １ ３ ７ ４ ． ３ ｍｚ ， 地下建筑 面积为 １ ２ ８ ６ ０ ． ７ ８ ｍ ｚ 。由一栋迎宾楼 、 两
境， 外 围及屋 面层 结构的最高 、 最低 温度取 室内外平 均温度 ，
根据《 建筑结构荷载规范｝ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ ０ ９ — ２ ０ １ ２ 田 福州地区室外 环境月平均最高温为 ｒ Ｉ － 愀外＝ ３ ７ ￣ Ｃ， 月平均最低温为 Ｔ 外＝ ３ ℃。
内部结构 的最高 、 最低温度取室 内温度 。通常升温工况使 结
・
２ ７・
一 建筑 设 计
翘楚＿ 避前
２ ｆ ） １ ７ 年
构 产生 应 力 ， 降温 １ 况使结构 产 托应 力 ， 托应 力容 易 导

本项目位于沈阳市沈北新区，占地为34880m 2的住宅小区，采用异形柱框架－剪力墙结构，地上6层，无地下室，层高均为2.9m，其中3#、5#、8#、9#楼长度均超规范规定的50m 限值，以3#为例分析超长带来的温度应力影响。

根据当地气象资料统计发现，气温多年平均为7.9℃，最高为35.7℃，最低为-30.5℃，同时《建筑结构荷载规范》附录E 给出了沈阳最低气温-24℃，最高气温33℃。

项目场地的土层情况从上到下分布为：①杂填土；②粉质粘土；③粉质粘土；④粉质粘土；⑤粉质粘土；⑥粉质粘土；⑦粉质粘土；⑧粉质粘土；⑨圆砾。

冻土深度市区一般为1.0米，标准冻结深度为1.2米。

建筑功能：多层住宅，结构形式为异形柱框架剪力墙结构，基础类型为预应力管桩基础，楼板厚度130mm，使用年限为50年，多层住宅不设永久变形缝的混凝土结构长度超过《超长混凝土结构防裂技术规范》中规定的60米（框剪）。

本工程在后续施工时，考虑温度效应对结构的影响，根据规范要求长方向设置后浇带。

环境温差的含义是后浇带封堵合拢时，后浇带温度与施工期间所能达到的温度极值的温度差值，即：y=max-0上式中：y为环境温差，0为后浇带封堵合拢时的温度，max 为施工期间的最高温度[1]。

根据施工进度安排，预计2018年10月主体完工，后浇带封堵时间定为2019年4月，并于2019年11月前完成外墙保温、门窗安装等施工项目，2020年交付使用。

因此后浇带合拢温度取10.2℃，进入冬季施工期后，应采取一定的取暖措施，保证地上部分室内温度不低于-5℃。

根据规范相关部分并通过上面的公式计算可得本工程环境温差为：y=10.2℃-（-5℃）=15.2℃（降温）根据规范，混凝土的收缩变形可以根据下列式子进行计算：εy （t ）=ε0y （1-e-0.01t ）·M1·M2·M3······M11式中：εy （t ）：龄期t 时，混凝土收缩引起的相对变形值；ε0y ：标准状态下混凝土最终收缩引起的相对变形值，对于C40以下混凝土为3.24x10-4；M1·M2·M3······M11:考虑各种非标准条件下的修正系数；根据相关规范，M1·M2·M3······M11可以取为1.0。

的防水 及 防腐 。 因此， 该工 程考 虑采 用设 置通 长普 通钢 筋 来抵抗 温 度应 力 。 地 下 室顶 板板 厚 １ ８ ０ ｍ ｍ， 通 长筋 考虑 配 １ ０ ＠１ ０ ０ 双 向双层 。本 工程 属 于三 级裂缝
等 效荷 载 （ 面力 部 分 ） 呵表 示 为 ：
（
计算 时 楼 板采 用Ｐ Ｍ Ｓ Ａ Ｐ 程序 ， 计 算 时采 用 二维 壳 元 ； 梁 柱分 析 采用 Ｓ Ａ Ｔ ＷＥ 程
不动 点 附近 最大 Ｈ ， 即地下 室顶 板 由于受 地下 室侧 壁 的强 约 束 ， 接 近地 下 章侧 ３ ． 温度 升高 或 降低 均 会在 结构 内部产 生 局部 应 力 。升温 时 ， 楼 板 大部 分 受压 应 力 ， 压应 力 最大点 发 生在 结构 的形 心 附近 ， 压应 力达 到 了２ ． １ Ｍ Ｐ ａ ， 但仍 侧 壁处 出现 部分 的拉 应力 ， 大部 分拉 应力 均小 于 混凝 土 的轴 心抗 拉 强度 标 准 值 。 当楼板 在 降温作 用 下 ， 结构 整体 呈 收缩状 态 ， 楼 板受 拉 应 力作 用 ， 大 部 分 都在１ ． ９ ＭＰ ａ 以下 ，在靠 近 地下 室 侧壁 的楼 板 出现 了２ ． ５ ～ ３ ． ７ Ｍ Ｐ ａ 的拉 应 力 ， 超 出了混 凝 土 的轴心 抗拉 强度 标准 值２ ． ２Ｍ Ｐ ａ （ Ｃ ３ ５ 混凝土） 。
１ ） 一维 杆件 的 温度作 用计 算 原理【 ： 不发 生 弯 曲。假 定温 度沿 杆 轴线 变化 ：
Ｔ ＝ Ｔ （ １ －∈ ） ＋ ． ｒ Ｊ ∈ ，
对 于一 维 杆件 单元 ， 令Ｔ ＝ ｇ （ ｘ ） ， 即这种 温 度分 步将 使 杆件 只 发生 伸 缩 ， 而 远 小于 混凝 土 的轴 心抗 压 强度 标 准值 ２ ３ ． ４ ＭＰ ａ （ Ｃ ３ ５ 混凝 土 ） 。 同时在 地 下 拳

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：2.1什么时候需要进行温度作用计算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。

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：2.1什么时候需要进行温度作用计算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。

表1: 常用材料的线膨胀系数αT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。

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。

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:2.1什么时候需要进行温度作用计算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。

表1: 常用材料的线膨胀系数αT材料线膨胀系数αT(×10-6/℃轻骨料混凝土7普通混凝土10砌体6~10钢,锻铁,铸铁12不锈钢16铝,铝合金24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结构类型室内或土中露天排架结构装配式100 70框架结构装配式75 50 现浇式55 35剪力墙结构装配式65 40 现浇式45 30挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式40 30 现浇式30 20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。

ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ａ ｎｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｎ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ．Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
ｕ ｓ ｅ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｌ ａ ｂ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ
Ｌ Ｕ Ｓ ａ ｏ ｊ ｉ ｎ Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｕ ｏ ＭＡ Ｏ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｚ Ｈ Ｅ Ｎ Ｇ Ｌ ｉ ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ １ ０ ０ ５ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
（ 中国联合工程公 司 ， 杭州 ３ １ ０ ０ ５ １ ）
摘
要 在 温度荷 载作 用 下 ， 超 长混凝 土 结构产 生 的 变形和 内力一 直是 工程 实践 中需要 解 决 的主 要 问 题。利用有限元分析软件 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ ／ Ｇ ｅ ｎ 建立某超长混凝土框架结构的三维模型， 着重分析 了在 温度荷载 作 用下 结构 的 变形和 内力 ， 在 此基础 上 对膨胀 加 强带 的位置 和做 法进 行 了设 计 。建 成后使 用情 况表 明 ，

伊新富:现在的PKPM系列的PMSAP已经具备进行温度应力分析的功能。

我谈一下对超长结构用PMSAP计算要考虑的具体问题,望各位多提意见.砼规范9.1.3-3规定:当增大伸缩缝间距时,尚应考虑温度变化和砼收缩对结构的影响。

5.3.6条文说明:温度应力分析参见《水工混凝土结构设计规范》。

其第11.3.1规定:钢筋混凝土框架计算时,应考虑框架封闭时的温度与运用期可能遇到的最高或最低多年月平均温度之间的均匀温差。

必要时，考虑结构在运用间的内外温差。

11.3.3规定:分析钢筋混凝土框架在温度作用下的内力时,杆件的刚度应取用开裂后的实际刚度。

目前，温度应力可用PMSAP计算，刚度按"王铁梦:工程结构裂缝控制"折减为0.25～0.3,但折减后对其它所有的工况都有影响,水平位移增大几倍,所以计算时直接把温差折减到0.3倍,刚度不折减,以方便和竖向,水平荷载组合;组合系数按 "樊小卿:温度作用与结构设计",取1.3(分项系数)X0.6(组合系数)。

温度应力计算1、构筑物抗震规范，钢结构设计手册（沈祖炎等编写），烟囱设计规范等都把温度荷载作为可变荷载。

2、温度荷载效应的分项系数等于1.0，组合系数取1.0。

钢筋及混凝土材料特性有所改变（常温下基本上没变）；钢结构设计手册特别说明，当温度荷载与其他荷载组合时，钢材的强度设计值可提高25%。

烟囱设计规范限制混凝土最高温度不大于150度。

3、仅考虑大气温度变化的计算温度差值（摘自钢结构设计手册） 1）采暖房屋25~35度2）非采暖房屋：北方地区35~45度；中部地区25~35度；南方地区20~25度3）热加工车间约40度4）露天结构：北方地区55~60度；南方地区45~50度4、详细的温度差可参考《民用建筑热工设计规范》GB50176-93该工程是一个非常大的平面尺寸了，建议至少设后浇带三道以上才行。

1、现在的PKPM系列的PMSAP已经具备进行温度应力分析的功能。

Abstract : For reinforced concrete beam - slab structures, the approximate formulas of temperature and shrinkage internal forces are introduced, and the formulas of critical internal forces of temperature and shrinkage, by which the overlong structural members can be judged, are deduced on the basis of the Code formula of cracking width. And for the overlong structures, the formulas of temperature and shrinkage reinforcements and some reinforcing measures are presented. All of these can be used as one of the effected ways and calculating basis for cracking resistance design of reinforced concrete beam -slab structures. Keywords : overlong crack critical internal force temperature and shrinkage reinforcements
CALCULATING OF TEMPERATURE AND SHRINKAGE REINFORCEMENTS OF OVERLONG REINFORCED CONCRETE BEAM - SLAB STRUCTURES

浅谈超长框架结构的温度作用及工程设计发表时间：2009-10-16T16:15:51.983Z 来源：《赤子》第16期供稿作者：李贺辉[导读] 结合某工程实践，介绍了超长框架结构的温度作用计算方法，并对实际工程中超长框架结构的设计进行探讨（唐山不锈钢有限责任公司，河北唐山 063000）摘要：结合某工程实践，介绍了超长框架结构的温度作用计算方法，并对实际工程中超长框架结构的设计进行探讨。

关键词：超长框架结构；温度作用；工程设计 1 问题的提出我国现行规范对现浇框架结构的伸缩缝间距规定不超过55m，而某些工程中常常会由于工艺专业的需要，要求建筑不设缝或尽量不设缝；这时如果建筑物较长，在施工和使用过程中就会产生一定的收缩应力或温度应力，当这些应力达到一定程度时，就会影响建筑物的正常使用功能；因此当建筑物达到一定长度时，就必须对结构的温度作用进行计算。

鉴于此，简要介绍了超长框架结构的温度作用计算方法，并以此为基础，对某一超长框架结构的温度作用进行了计算。

2 超长框架结构的温度作用计算方法 2．1计算假定为简化计算，通常对多层框架进行手工计算时会作出如下一些假定，即框架柱的抗侧刚度只考虑本层相连梁及其上下层相连柱的影响；本层结构所受到的作用只对与本层相连的梁柱有影响。

除此之外，本文在计算温度作用时还作出如下的两条假定，即同一楼层各节点所受到的温差相同；当框架各构件材料性质相同，竖向构件和水平构件的刚度分布均匀时，在相同温差作用下，框架某层某节点产生的侧移与该点相对于本层不动点的距离成正比。

2．2计算温度作用下楼层不动点的位置以某一单层平面框架为例（见图1），若该楼层在负温△T的作用下产生收缩，根据上述假定，每一框架柱的柱顶产生指向平衡不动点的收缩尺寸为βXI（β为伸缩率，是与距离无关的线性常数），同时每一框架柱的柱顶必然受到指向楼层不动点的剪力QI或PJ，而柱顶剪力与框架柱的抗侧刚度（产生单位位移所需的水平力）及侧移大小成正比，即 QI=KIβXI，PJ=SJβXJ。

１．１ 结构 体 系选择 该 建 筑 总 高 度 为 ４８．２５一 ｍ，长 度 方 向 超 过
１００ ｍ，因建 筑 功 能 需 要 该 建 筑 中 间 部 位 均 为 电 梯
匿 Ｌ 间及 上 下 贯 通采光 井 ，若 采 用 抗 震 缝 将 结 构 分 为 两
个结 构 单 元 ，显 然 无 论 从 建 筑 使 用 方 面 或 者 两 个 结 构 单元 抗 震 性 能方 面均 不合 适 ，故 综 合 考 虑 后 该 建 筑 按 照一 个 结构 单 元 进 行 设 计 ，其 标 准 层 结 构 平 面 布 置 图见 图 ２所 示 。
超 长 混凝 土 框 架结 构 温 度作 用 分 析 及 设 计
曹日忠 Ｊ、 －化１－
（合肥工业 大学 建筑设计 研究 院 ，安徽 合肥 ２３０００９）
摘 要 ：以某工业厂区联创 中心为工程背景 ，分析混凝土收缩对结构产生 的收缩当量温度差 ；在计算温 度作用 时应 考虑混凝 土徐 变对混凝土产生的应力折 减系数 ，并研究其取值依据 ；根据该建筑所处的位置认 真研究 了该结构在计算 温度作用时 的温差 取值和 取值依据 ；对超长混凝 土框架结构温度作用进行有 限元分析 ，得出升温工况 下混凝土梁板 内力及应力 的变化情 况 ，并总结 温度作 用下超长混凝土框架结 构的应力 变化规律 ，为今后类似工程分析及设计提供 理论依据 和实践依据 。 关键词 ：超长结构 ；温度作 用；有限元分析 ；后浇带 ；当量温差 中图分类号 ：ＴＵ３７５．４；ＴＵ９７３．１５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１６７３—５７８１（２０１６）０１—００６０—０３
图 ２ 标 准 层 结 构 平 面 布置 图
该 建 筑进 行 初 步 设 计 时 ，结 构 采 用 框 架 结 构 体 系和 框 剪 结 构 体 系 进 行 了 对 比 分 析 ，通 过 分 析 表 明 ，框 剪 结 构 虽 然 在 位 移 等 方 面 有 很 多 优 势 ，但 由 于其 整个 结 构 刚 度 很 大 且 受 建 筑 功 能 限 制 导 致 端 部 剪 力墙 较 为 集 中 ，故 存 在 以 下 缺 点 ：① 结 构 整 体 刚度 较 大 ，地 震 作 用 力 较 大 ，结 构 造 价 成 本 较 高 。 ② 受 建 筑 功 能 的 影 响 导 致 剪 力 墙 布 置 位 置 受 到 限 制 ，导致 结 构 整 体 扭 转 无 法 控 制 ，结 构 扭 转 较 为 明 显 ，不利 于 结 构 抗 震 性 能 。③ 两 端 结 构 刚 度 较 集 中 ，而建 筑 长 度 很 长 ，导 致 结 构 受 温 度 作 用 更 加 明

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:2.1什么时候需要进行温度作用计算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。

表1: 常用材料的线膨胀系数αT材料线膨胀系数αT(×10-6/℃轻骨料混凝土7普通混凝土10砌体6~10钢,锻铁,铸铁12不锈钢16铝,铝合金24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结构类型室内或土中露天排架结构装配式100 70框架结构装配式75 50 现浇式55 35剪力墙结构装配式65 40 现浇式45 30挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式40 30 现浇式30 20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。

（3）选择合理的材料，优先采取减小水化热的措施，如 选用水化热较低的水泥，在保证混凝土强度的前提下，尽可能 减少水泥用量等。
（4）加强混凝土浇筑后的养护工作，注意保持初浇混凝 土处于湿润状态，浇筑混凝土应选择温度相对较低的时段。
5 结束语 本工程依据YJK软件计算得出的楼板温度应力云图，对局
部温度应力较大处（主要是楼板开洞处、平面不规则处）进行 了适当加强，同时从结构设计、材料、施工等方面提出了减小 温度应力的措施，进一步保证了结构的安全性。此外值得一提 的是，由于温度应力具有一定的复杂性与不确定性，设计人员 应着重关注结构温度应力的变化规律，而不要拘泥于具体的计 算数值，对温度应力的认识需重视概念，加强构造。
6 建筑与装饰2020年12月中
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建筑设计与装饰
图2 办公楼二层楼板升温工况下X向温度应力
图3 办公楼二层楼板降温工况下X向温度应力
分析可知，在升温工况下，楼板以受压为主，最大压应力 0.7Mpa，远小于混凝土的抗压强度标准值；在降温工况下，楼 板拉应力均小于1.1Mpa，亦小于混凝土的抗拉强度标准值。此 外，楼板在局部平面转折处产生温度应力集中，需采取适当的 措施减小温度应力的影响。
1 工程概况
缝。结构长度远远超过国家规范对混凝土结构设置伸缩缝间距
本 工 程 位 于 江 苏 省 溧 阳 市 ， 办 公 楼 单 体 建 筑 除 办 公 的限制规定（规范规定室内环境钢筋混凝土框架结构设置伸缩
区 域 外 合 并 包 含 部 分 商 业 及 餐 饮 功 能 ， 其 平 面 尺 寸 约 为 缝的最大间距为55m），因此该办公楼属于超长混凝土结构。

圈 １ 码头南段结构平面布置圈
建模过程 中 ， 参照 图 １的结构 布置对 结构模 型进行 了简化 ，
Ｅ Ｍ１９单 板采 用 Ｓｌ ６ ｏｉ ５单元 ， 筋 采用 Ｌｎ ８ ｄ 钢 ｉ ｋ 到拉应力 时 ， 的性 能 有点 象 弹性—脆 性材 料 。拉应 力 引起 开 梁柱 采用 Ｂ Ａ ８ 元 ， 它 Ａ Ｓ Ｓ有限元分 析模 型参见 图 ２ 。计算 时施 加一假定 裂 ， 产生 的裂缝对 构件 基本 性能 的影 响是很 大 的 ， 混凝 土非 单元模拟 ， Ｎ Ｙ 所 是 线性分析 的重要 因素 ， 裂缝处理 的适 当与否是能 否正确分 析钢筋 温度场 。
关键词 ： 长框排架结构 ， 超 温度 作用 ， 非线性分析
中图分类号 ： ｌ ７ ． Ｊ ５４ ３ 文献标识码 ： Ａ
随着国民经济建设的发展 ， 我国大型公 用建筑 的需 求量逐 年 裂缝模型 。
增长 。这类建筑 结构 大部分采用大面 积钢筋混凝 土梁板结 构 ， 结 ３ 工 程 实例分 析 构 的伸缩缝 间距远 远超 过 了我 国规 范 的允许 值… １。温 度作用 是 文 中借 助于通用有限元分析软件 Ａ ＹＳ对典 型的钢筋混凝 ＮＳ 这类结构设计时需 要考 虑 的重要 因素。 国内 曾有 设计 单位对 钢 土超长框排架结构浦 东 国际机场 临时 建材码 头在使 用过 程 中承 筋混凝土高层建筑进行温度应 力计 算分析 ， 结果 表明按一般 的弹 受渐变温度荷载下 的裂缝 开展及 应力 变化情 况进行 非线性 数值 性分析方法得到 的计算应力过大 ， 以作为设计 依据 ＿ 。温度应 难 ２ Ｊ 分析 ， 和实际工程观测结果及工程 中采用 的简化模 型计算所得 并 力计算 值过大的原因一 方面是 建筑 物 的温度 场分 布等参 数难 以 结果进行 比较 ， 明采用非线性有限元分布式 裂缝模型 能够较好 证 合理确定 ， 另一方面是 混凝 土材 料既 有徐变 和 应力松 弛 ， 又有 塑 地估测结构降温引起 的应力分布 ， 以及 由此 而引起 的开 裂位置及 性 变形和混凝土开裂后 的结构非线性 特性 ， 际的内力要远小 于 实 方 向， 工程设计 和实践有一定指导意义。 对 按 弹性结构 的计算值 。 浦东国际机场临 时建材 码头建 成 于 １９ ９８年 ， 头共 两个 分 码 针 对上 述 问题 ， 中将 利用 大型 通用 有 限元分 析软 件 Ａ — 文 Ｎ 段， 北段长 ５ ． Ｉ， 段长 ５ ． 均 超 过 了规 范的设 缝要 求 。 ８５ Ｔ 南 Ｉ ６５ｍ， ＳＳ Ｙ 对采用大面积混凝土梁板 体系 的框 、 排架 结构 的温度 应力 以 码 头的排架间距为 ７０ｍ（ ． 在北段 ２ ８ｍ局部扩大范围内排架间距 及温度作用效应进 行非 线性 分析 ， 同时考虑 材料 的非线 性性 能 、 混凝土开裂及钢筋屈 服等影响因素 ， 并根据 承载力极 限状态和正 常使用极 限状态对这 种结 构的实际工程设计提 出建议 。 为 ６ ５ｍ）共 １ 个排架。码头基桩为 ６ ０姗 ×６ ０姗 Ｃ ０预应 ． ， ８ ０ ０ ３ 力混凝 土方桩 ， 每榀排架 由四根桩组成 。码头 上部结构 为现浇横 梁（ 截面面积 １７ ×ｌ６ ．１ Ｏ 砌 ， ３ Ｃ ０混凝 土， 受压钢筋 ４ ￣ ， ｃ ５ 受拉钢 Ｚ ２ 筋 ８２， ｑ ０ 箍筋 机Ｏ ５ （） ， ￣ ＠２ｏ ４ ） 预制安装 纵梁 （０ ３ｏ姗 ×１６ ０姗 ， ０

超长框架结构的温度应力的探讨1 引言随着我国经济的高速发展，人民生活水平的逐步改善，对建筑物使用功能的要求越来越高，尤其是一些公共建筑正逐渐向大型化的方向发展。

许多超长、超宽的大型建筑也经常出现，这些建筑如果按照国家规范的要求需设置一道或多道伸缩缝，但这势必会影响建筑的立面和整体效果，而且还会给消防设备、电气管线以及采暖通风设备的安装带来不便。

为了保证建筑的整体性，对该类建筑常常作无缝设计，这便是我们通常称的超长结构。

钢筋混凝土温度应力和温度变形一直是工程界所关注的问题。

目前，规范也仅是对均匀温度作用的计算给出了规定。

对于温度场的定量计算，温度作用下的结构内力的计算理论和计算模型还没有一致的观点[1]。

工程实践中所采用的方法多是采取结构构造措施，采用概念设计的方法，将温度效应控制在一定范围内，以保证结构的安全和正常使用。

对控制温度裂缝措施的效果还需要进一步的工程实践来证明。

本文主要结合中润欧洲城工程，从自然环境下超长框架温度场的建立入手，利用PMSAP对其进行框架梁和楼板的温度应力分析，以指导在实际工程中应重视的部位和程度，为工程设计计算提供有力的根据。

2 温度场的建立热胀冷缩是建筑物的普遍特性。

对于建筑结构而言，不同体型、不同平面形式以及不同时段温度产生的内力大小是不同的。

从时段角度可以将建筑物所受温度作用分为4个阶段，从温度荷载起因的不同又可将温度作用区分为3种类型[2]。

下面将分析温度对建筑的作用和温度荷载类型，提出适合所选工程实例的具体温度工况。

2.1温度对建筑的作用主体结构处于施工阶段。

对于常见的现浇整体结构而言，竖向一般采用分层施工，而同一层结构平面通常为一次性浇注。

结构混凝土在施工过程中，混凝土硬化失水干缩，以及水泥水化过程中因为水化升温及随后的降温冷缩，使楼层平面内产生了温度收缩应力。

楼层平面中的梁板收缩变形受到竖向构件的约束将产生拉应力，主体结构中的竖向构件由于梁板的变形而受到推（拉）力。