温度作用与结构设计 课件

9 温度作用9.1 一般规定9.1.1 引起温度作用的因素很多，本规范仅涉及气温变化及太阳辐射等由气候因素产生的温度作用。

有使用热源的结构一般是指有散热设备的厂房、烟囱、储存热物的筒仓、冷库等，其温度作用应由专门规范作规定，或根据建设方和设备供应商提供的指标确定温度作用。

温度作用是指结构或构件内温度的变化。

在结构构件任意截面上的温度分布，一般认为可由三个分量叠加组成：①均匀分布的温度分量ΔT u(图9a)；②沿截面线性变化的温度分量（梯度温差）ΔT My、ΔT Mz（图9b、c），一般采用截面边缘的温度差表示；③非线性变化的温度分量ΔT E(图9d)。

结构和构件的温度作用即指上述分量的变化，对超大型结构、由不同材料部件组成的结构等特殊情况，尚需考虑不同结构部件之间的温度变化。

对大体积结构，尚需考虑整个温度场的变化。

图9 结构构件任意截面上的温度分布建筑结构设计时，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。

是否需要考虑温度作用效应的具体条件由《混凝土结构设计规范》GB 50010、《钢结构设计规范》GB 50017等结构设计规范作出规定。

9.1.2常用材料的线膨胀系数表主要参考欧洲规范的数据确定。

9.1.3温度作用属于可变的间接作用，考虑到结构可靠指标及设计表达式的统一，其荷载分项系数取值与其他可变荷载相同，取1.4。

该值与美国混凝土设计规范ACI 318的取值相当。

作为结构可变荷载之一，温度作用应根据结构施工和使用期间可能同时出现的情况考虑其与其他可变荷载的组合。

规范规定的组合值系数、频遇值系数及准永久值系数主要依据设计经验及参考欧洲规范确定。

温度作用对钢结构设计与施工的影响探究关键词：温度应力;钢结构建筑;设计;影响引言环境温度到底如何变化，测量结果如何作用于实际建设中，同一结构出现不同温差的形变应力到底有多少，温度变化对整体钢结构的作用又如何，这些问题始终困扰着钢结构的设计与施工，本文就温度对钢结构产生的影响做出合理分析，并总结出相关规律，以供参考。

1温度对钢结构的作用简述温度是表示物体冷热程度的物理量，从微观上来说是物质内部分子的运动的剧烈程度，所以温度上升对物质内部结构是会产生一定影响的，常见的水就有固态的冰、液态的水和气态的水蒸气三种形态，而对于钢结构来说，温度的变化也会影响到其内部分子的运动。

常见的热胀冷缩实例就是铁轨之间的缝隙，如果没有预留出足够的缝隙，钢铁会在热胀冷缩的效应下产生形变，致使铁轨出现弯曲，从而影响到列车运行的安全，所以对于温度的影响一定不可小觑，连粗壮的铁轨都能产生形变，何况普通的钢筋。

但这种形变其实并不是很明显，就比如小型钢结构对于温度变化产生的形变效果非常低，所以基本上可以忽略温度对其造成的影响，但是由于目前我国建筑行业的发展与工艺的革新，许多大型建筑的出现都使得钢结构的体积越来越大，著名的国家体育馆就是其中之一。

由于钢结构具有热胀冷缩的效应，如果钢结构发生形变而周围限制其应力产生，则钢结构内部的应力会逐渐增加，比较常见的就是钢筋混凝土结构的钢筋形变，使混凝土发生崩裂的现象，这对于建筑整体的稳定与安全造成了非常严重的影响。

2温度的变化原因及测量温度变化主要有三种分类，一是年温差变化，这体现在一年四季的总体平均温度变化，涉及到最高温度和最低温度之间的差距;第二个是日照温度变化，主要体现的是建筑在阳光直射下，每个区域独立的温度变化，由于照射时间长短不同，角度也会造成影响，所以温度的变化并不是均匀分布的，测量起来则十分复杂，需要计算温度场来确定;最后一个类别就是骤然温差，体现在寒流和冷空气的影响，由于这种变化更加难以捉摸，在钢结构设计和施工时很少考虑到这方面造成的影响。

结构的温度作用设计一、结构温度作用设计的主要内容 环境温度取值由热传导得到杆件界面温度和杆件内部的温度场 求解结构温度内力杆件的截面设计（设计内力、设计状态、设计参数） 二、环境温度取值 1、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表面产生的温度，它是一个非均匀温度场，可由下式计算：ts=eIαρρ—太阳辐射吸收系数。

GB50176、附表2.6I —水平或垂直面上的太阳辐射照度。

GB50176、附录三、附表3.3e α—外表面换热系数。

取19.0W/m2·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对于是室内ts=0，因此，室内环境温度tse=te 2、温度作用计算的时间单元以太阳为热源，环境温度的变化具有周期性，即地球自转引起，以日为周期，温度有昼夜之分。

地球绕太阳公转引起，以年为 周期，温度有四季之分。

现以日周期为例来说明这周期变化温度场的传导特性： ⑴、环境温度变化可以由一个与时间无关的稳态温度场和一个随时间周期变化的非稳态温度场叠加而成，如下图所示：⑵、周期变化温度场在传导过程中具有衰减性和延迟现象 波幅的衰减系数：χαπυTe-=波传导的延迟时间：απξTx 21=其中：α—材料的导温系数（m 2/h ）T —波动周期（h ） χ—离物体表面距离（m ）时间t武汉地区根据节能要求，加气砼砌块若自保温，则一般需厚25cm ,周期变化温度场经25cm厚墙体传导后，由上式可知，日温度变化幅度（即波幅）只剩下 6.356%，即这部分温度场对结构构件的影响甚微，可以忽略不计。

另外，峰值到达时间推迟了10.5小时，这意味着，外部环境温度最高时构件温度不是最高，当构件内温度达到峰值时外部环境温度早降下来了。

这时若用小时作为时间单元来分析构件的温度作用明显不合适，就像衡量四季的温度若以日为时间单元来计量不合适一样。

温度作用与结构设计一、序言GB50009-2012 把温度作用正式列入建筑结构荷载规范，但它未说起结构设计中如何加以考虑。

SATWE等程序虽包括温度效应计算内容，但对温度内力计算时一定先行解决的杆件截面内温度场问题，程序并无涉及，而是由用户自行定义。

1、常有思路确立合拢温度：若取年均匀气温、武汉地区为16℃温度变化幅度：武汉地区、夏天 37 ℃-16 ℃=21℃、冬天 16 ℃- （-5 ℃） =21℃温度内力计算时结构计算简图与其余永久、可变荷载相同2、问题建筑物不一样部位（地上与地下、室内与室外）的环境温度其实不相同。

所以，不可以简单以为天气温度就是环境温度。

相同环境下，结构部位不一样、保温隔热措施不一样、构件的计算温度也不一样。

所以，不可以简单把环境温度取作构件温度。

结构支座作为几何拘束它的位移为零，作为温度拘束它的位移其实不为零。

所以，只有把温度拘束变换为几何拘束，才能用对荷载作用的结构计算简图进行温度内力计算。

二、环境温度取值1、环境温度构成以太阳为热源，环境温度可由日照温度t s和空气温度t e构成。

日照温度 ts 是太阳辐射作用直接在物体表面产生的温度，它是一个非均匀温度场，可由下式计算：—太阳辐射汲取系数。

可参照“民用建筑热工设计规范” GB50176、附录—水平或垂直面上的太阳辐射照度。

可参照 GB50176、附录三、附表—表面面换热系数。

取㎡? K空气温度 t e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）t se =t s+t e室内 t s=0。

所以，室内环境温度t se =t e2、环境温度的取值室外空气温度夏天 50年一遇最高日均匀温度。

可参照 GB50176附录三、附表。

冬天 50年一遇最低日均匀温度。

可参照 GB50176附录三、附表或“采暖通风与空气调理设计规范”GBJ19。

室内空气温度夏天空调设计温度冬天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均匀值。

温度作用与结构设计一、前言GB50009-2012把温度作用正式列入建筑结构荷载规范，但它未提及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，程序并没有涉及，而是由用户自行定义。

1、常见思路确定合拢温度：若取年平均气温、武汉地区为16℃温度变化幅度：武汉地区、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、可变荷载相同2、问题建筑物不同部位（地上与地下、室内与室外）的环境温度并不相同。

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行温度内力计算。

二、环境温度取值1、环境温度组成以太阳为热源，环境温度可由日照温度t s和空气温度t e组成。

日照温度ts是太阳辐射作用直接在物体表面产生的温度，它是一个非均匀温度场，可由下式计算：t t=tt t tt—太阳辐射吸收系数。

可参照“民用建筑热工设计规范”GB50176、附录2.6t—水平或垂直面上的太阳辐射照度。

可参照GB50176、附录三、附表3.3t t—外表面换热系数。

取19.0W/㎡•K空气温度t e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）t se=t s+t e室内t s=0。

因此，室内环境温度t se=t e2、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、附表3.2。

冬季50年一遇最低日平均温度。

可参照GB50176附录三、附表3.1或“采暖通风与空气调节设计规范”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。

1.4《结构与保温》（教案）五年级上册科学大象版一、课程基本信息1.课程名称：五年级上册科学大象版 1.4《结构与保温》2.教学年级和班级：五年级（1）班3.授课时间：2022年9月20日上午第3节4.教学时数：45分钟二、教学目标1. 知识与技能：让学生了解不同结构的保温效果，并能运用所学知识解释生活中的相关现象。

2. 过程与方法：通过观察、实验、讨论等方式，培养学生探究问题的能力和合作精神。

3. 情感态度与价值观：激发学生对科学的兴趣，培养他们关注生活、关注自然的意识。

三、教学内容1. 导入：通过提问方式引导学生回顾已学的关于物体热传递的知识。

2. 新课：a. 讲解不同结构的保温原理，如保温瓶、羽绒服等。

b. 进行实验，让学生观察不同结构的保温效果。

c. 讨论生活中的保温现象，如热水袋、电暖器等。

3. 巩固练习：通过练习题让学生巩固所学知识。

4. 总结：对本节课的内容进行总结，强调保温原理在生活中的应用。

四、教学方法1. 提问法：通过提问引导学生回顾旧知识，激发学生的学习兴趣。

2. 讲解法：讲解保温原理，让学生了解不同结构的保温效果。

3. 实验法：通过实验让学生直观地观察到不同结构的保温效果。

4. 讨论法：组织学生讨论生活中的保温现象，培养他们的合作精神。

五、教学准备1. 实验器材：热水袋、电暖器、保温瓶等。

2. 课件：制作与课程内容相关的课件，帮助学生更好地理解保温原理。

六、教学过程1. 导入（5分钟）：通过提问方式引导学生回顾已学的关于物体热传递的知识。

2. 新课讲解（15分钟）：讲解保温原理，让学生了解不同结构的保温效果。

3. 实验环节（10分钟）：进行实验，让学生观察不同结构的保温效果。

4. 讨论环节（5分钟）：组织学生讨论生活中的保温现象，培养他们的合作精神。

5. 巩固练习（5分钟）：通过练习题让学生巩固所学知识。

6. 总结（5分钟）：对本节课的内容进行总结，强调保温原理在生活中的应用。

温度和湿度对路基影响的作用机理1. 简介路基是公路工程中的重要组成部分，它承载着车辆荷载并传递给下层地基。

温度和湿度是影响路基性能的重要因素之一。

本文将探讨温度和湿度对路基的影响及其作用机理。

2. 温度对路基影响的作用机理2.1 热胀冷缩效应温度变化会导致路基材料发生热胀冷缩现象。

在高温条件下，路基材料会膨胀，而在低温条件下则会收缩。

这种热胀冷缩效应会引起路基表面产生应力和变形，进而影响整个路基结构的稳定性。

2.2 温度梯度引起的变形温度梯度指的是同一材料在不同位置出现不同温度的现象。

当温度梯度存在时，路基材料会发生热弯曲变形。

这种变形可能导致路面产生龟裂、坑洼等问题，进而影响行车安全。

2.3 渗透性变化温度的升高可以导致路基材料的渗透性增加，使得路基更容易受到水分侵蚀。

这种渗透性变化会导致路基材料的强度降低，进而影响路基结构的稳定性和承载能力。

3. 湿度对路基影响的作用机理3.1 水分对土壤力学性质的影响湿度变化会改变土壤中水分含量，进而影响土壤的力学性质。

当土壤含水量增加时，土壤颗粒之间的黏着力增加，使得土壤整体强度提高。

相反，当土壤含水量减少时，黏着力减小，从而降低了土壤的强度。

3.2 湿度引起的体积变化湿度变化还会引起土壤体积发生变化。

当土壤吸湿时会膨胀，而失去水分时则会收缩。

这种体积变化可能导致路基表面产生沉陷或隆起现象。

3.3 湿度引起的冻融循环效应在寒冷地区，湿度对路基影响尤为显著。

当土壤中的水分结冰时，会发生体积膨胀，从而导致路基表面产生龟裂和破坏。

随着温度的升高，冻土解冻，体积又会收缩，进一步加剧了路基的不稳定性。

4. 路基设计与维护策略4.1 温度和湿度监测为了有效应对温度和湿度对路基的影响，需要进行实时监测。

通过安装温湿度传感器，可以获取准确的数据，并及时采取相应措施。

4.2 路基材料选择在设计过程中应考虑不同温度和湿度条件下路基材料的性能变化。

选择合适的材料，如耐高温、耐水分侵蚀能力较强的材料，以提高路基结构的稳定性。