温度作用下砌体结构的内力分析

温度作用下砌体结构的内力分析

［摘要］砖混结构中的现浇楼板、墙体由于温度变化和混凝土收缩产生温度应力，可能会导致结构出现裂缝，严重时甚至影响结构的安全使用。本文结合裂缝的成因以及计算方法，采用ANSYS有限元分析软件建立数值计算模型，对结构墙体进行了温度应力的有限元分析，得出伸缩缝间距不能仅决定于屋盖或楼盖的类别和有无保温层，而与砌体的种类、材料和收缩性能以及结构物的平面尺寸等有直接关系。

［关键词］：砖混结构；墙体；温度应力

目前，砖(砌体)墙与现浇钢筋混凝土楼板相结合的混合结构在我国是比较常见的一种结构形式，因为砌体结构房屋具有投资小、施工方便、可广泛利用地方材料等优势，所以在新建的多层住宅、学校、医院、科研用房中得到了广泛应用。但同时也存在着一些问题，其中最普遍的问题是这类房屋易出现温度裂缝。本文结合实际工程，对多层砖混结构房屋墙体的温度应力进行有限元分析［1-5］。

1砌体结构温度裂缝的成因

温度应力就是结构物阻碍自身因温度变化引起的变形而产生的应力。砌体结构产生温度裂缝的主要原因是屋面长时间受阳光辐射，其温度较墙体高出许多，且屋面的线膨胀系数要比墙体的高出一倍，因此屋面温度膨胀变形远大于墙体。屋面变形受到墙体的约束，屋面板对墙体顶端产生很大的水平推力，两者的变形差在屋面顶板内产生水平压应力，接触面上产生剪应力，墙体内产生水平拉应力。当主拉应力大于墙体的抗拉强度时，墙体便开裂。沿墙体分布的剪力大致为两端大，中部为零，所以常在端部开间的窗上口，内横墙与外纵墙交接处及某些内纵墙出现“八”字形斜裂缝。因此，顶层墙体产生的温度应力分布规律是墙体两端附近较大，中间较小；顶层大，下部小。

2 考虑混凝土收缩的当量温降

混凝土的收缩和气温的变化都会引起混凝土在平面内不可忽视的变形，因此在分析结构的温度应力时不但要考虑结构温度变化的影响，还要考虑混凝土收缩对结构的影响。分析时通常将混凝土收缩换算成等效温差，与结构的温度变化叠加得到计算温差，然后按计算温差对结构进行温度应力分析。

根据国内外的研究，混凝土的收缩变形可按下述公式计算［6］：

式中：—任意时间的收缩，t（时间）以天为单位；

—经验系数，一般取0.01，养护较差时取0.03；

第2章 杆件的内力分析.

第2章构件的内力分析 思考题 2-1 判断题 (1) 梁在集中力偶的作用处，剪力F S图连续，弯矩M图有突变。(对) (2) 思2-1(1)图示的两种情况下，左半部的内力相同。 思2-1(1)图 (3) 按静力学等效原则，将梁上的集中力平移不会改变梁的内力分布。 (4) 梁端铰支座处无集中力偶作用，该端的铰支座处的弯矩必为零。 (5) 若连续梁的联接铰处无载荷作用，则该铰的剪力和弯矩为零。 (6) 分布载荷q(x)向上为负，向下为正。 (7) 最大弯矩或最小弯矩必定发生在集中力偶处。 (8) 简支梁的支座上作用集中力偶M，当跨长l改变时，梁内最大剪力发生改变，而最大弯矩不改变。 (9) 剪力图上斜直线部分可以肯定有分布载荷作用。 (10) 若集中力作用处，剪力有突变，则说明该处的弯矩值也有突变。 2-2 填空题 (1) 用一个假想截面把杆件切为左右两部分，则左右两部分截面上内力的关系是，左右两面内力大小相等，( )。 A. 方向相反，符号相反 B. 方向相反，符号相同 C. 方向相同，符号相反 D. 方向相同，符号相同 (2) 如思2-1(2)图所示矩形截面悬臂梁和简支梁，上下表面都作用切向均布载荷q，则( )的任意截面上剪力都为零。 A. 梁(a) B. 梁(b) C. 梁(a)和(b) D. 没有梁

第2章 构件的内力分析 思2-1(2)图 (3) 如思2-1(3)图所示，组合梁的(a)，(b)两种受载情形的唯一区别是梁(a)上的集中力F 作用在铰链左侧梁上，梁(b)上的集中力作用在铰链右侧梁上，铰链尺寸不计，则两梁的( )。 A. 剪力F S 图相同 B. 剪力F S 图不相同 C. 弯矩M 图相同 D. 弯矩M 图不相同 思2-1(3)图 (4) 如思2-1(4)图所示，组合梁的(a)，(b)两种受载情形的唯一区别是集中力偶M 分别作用在铰链左右侧，且铰链尺寸可忽略不计，则两梁的( )。 A. 剪力F S 图相同 B. 剪力F S 图不相同 C. 弯矩M 图相同 D. 弯矩M 图不相同 思2-1(4)图 (5) 如思2-1(5)图所示，梁ABCD 在C 点作用铅垂力F ，若如思2-1(5)图(b)所示，在B 点焊接一刚架后再在C 点正上方作用铅垂力F ，则两种情形( )。 A. AB 梁段的剪力F S 相同 B. BC 梁段的剪力F S 相同 C. CD 梁段的剪力F S 相同 D. AB 梁段的弯矩M 相同 E. BC 梁段的弯矩M 相同 F. CD 梁段的弯矩M 相同 思2-1(5)图 (6) 如思2-1(6)图所示，梁的剪力F S ，弯矩M 和载荷集度q 之间的微分关系 S d d M F x =-和S d d F q x =-适用于图( )所示微梁段，其中F 0和M 0分别为集中力和集中力偶。

混凝土结构与砌体结构设计中册 十一章思考题答案

混凝土结构与砌体结构设计中册(第四版) 十一章思考题答案 现浇单向板肋梁楼盖中的主梁按连续梁进行内力分析的前提条件是什么？ 答：（ 1）次梁是板的支座，主梁是次梁的支座，柱或墙是主梁的支座。 （ 2）支座为铰支座--但应注意：支承在混凝土柱上的主梁，若梁柱线刚度比<3，将按框架梁计算。板、次梁均按铰接处理。由此引起的误差在计算荷载和内力时调整。 （ 3）不考虑薄膜效应对板内力的影响。 （ 4）在传力时，可分别忽略板、次梁的连续性，按简支构件计算反力。 （ 5）大于五跨的连续梁、板，当各跨荷载相同，且跨度相差大10%时，可按五跨的等跨连续梁、板计算。 计算板传给次梁的荷载时，可按次梁的负荷范围确定，隐含着什么假定？ 答： 为什么连续梁内力按弹性计算方法与按塑性计算方法时，梁计算跨度的取值是不同的？ 答：两者计算跨度的取值是不同的,以中间跨为例,按考虑塑性内力重分布计算连续梁内力时其计算跨度是取塑性铰截面之间的距离,即取净跨度;而按弹性理论方法计算连续梁内力时，则取支座中心线间的距离作为计算跨度，即取。 试比较钢筋混凝土塑性铰与结构力学中的理想铰和理想塑性铰的区别。 答：1）理想铰是不能承受弯矩，而塑性铰则能承受弯矩（基本为不变的弯矩）； 2）理想铰集中于一点，而塑性铰有一定长度； 3）理想铰在两个方向都能无限转动，而塑性铰只能在弯矩作用方向作一定限度的转动，是有限转动的单向铰。 按考虑塑性内力重分布设计连续梁是否在任何情况下总是比按弹性方法设计节省钢筋？ 答：不是的 试比较内力重分布和应力重分布 答：适筋梁的正截面应力状态经历了三个阶段： 弹性阶段--砼应力为弹性，钢筋应力为弹性； 带裂缝工作阶段--砼压应力为弹塑性，钢筋应力为弹性； 破坏阶段--砼压应力为弹塑性，钢筋应力为塑性。 上述钢筋砼由弹性应力转为弹塑性应力分布，称为应力重分布现象。由结构力学知，静定结构的内力仅由平衡条件得，故同截面本身刚度无关，故应力重分布不会引起内力重分布，而对超静定结构，则应力重分布现象可能会导： ①截面开裂使刚度发生变化，引起内力重分布； ②截面发生转动使结构计算简图发生变化，引起内力重分布。 下列各图形中，哪些属于单向板，哪些属于双向板？图中虚线为简支边，斜线为固定边，没有表示的为自由边。

超长建筑结构温度应力分析

超长建筑结构温度应力分析 夏云峰 (上海中交水运设计研究有限公司, 上海 200092) 摘要:以郑州第二长途电信枢纽工程为例,对超长建筑结构进行整体有限元建模。针对7种不同类型温度荷载的特点,利用有限元分析程序ANSYS计算。给出了结构整体变形特点、结构中各种构件(梁、楼板、柱子及剪力墙)的温度内力变化范围以及分布规律。通过比较得出超长建筑在各种温度作用下的最不利工况。可为超长建筑结构考虑温度作用进行设计和施工提供参考。 关键词:建筑 超长建筑物 温度荷载 温度应力 St udy on t he Te mperature Stress of Super-Lengt h Buil di ng X ia Yunfeng (Shanghai Zhongji a oW ater Transportation Design Institute Co.,L t d., Shanghai 200092) Abst ract:T aking the Second Long D istance Te leco mm unication H ub Pro ject of Zhengzhou for an exa m ple,t h is paperm akesm odels of so lid fi n ite e le m ent to super-length building.A ccord- i n g to characteristics o f te mperature l o ad of7different types and usi n g t h e ANSYS fi n ite e le- m ents ana l y sis progra m,it concl u des the characteristics of the integral structura l defor m ation, the scope and distribution o f ther m a l i n ner force o f different co mponents,such as bea m,floor slab,pillar and shear w a l.l A fter contrasti n g,it su m s up the w orse w orking cond ition for super -length bu il d i n g under d ifferent te m peratures,wh ich cou ld prov ide references to the design and constr uction o f super-length bu il d i n g by consi d ering te m perature acti o ns. K ey w ords:constructi o n super-leng t h buil d i n g te m perature load te m perature stress 建筑工程中,混凝土结构的裂缝较为普遍,类型也很多,按成因可归结为由外荷和变形引起的两大类裂缝。其中由混凝土收缩和温度变形引起的收缩裂缝和温度裂缝,以及由这两种变形共同引起的温度收缩裂缝,则是实际工程中最常见的裂缝。随着建筑向大型化和多功能发展,超长(即超过温度伸缩缝间距)高层或大柱网建筑不断出现。对超长结构的温度变形与温度应力,若在结构设计中处理不当,将使结构产生裂损,严重影响建筑结构的正常使用。我国的建筑结构设计规范中不考虑温度作用[1],只做构造处理。因此,温度应力是超长建筑结构设计中的重要研究课题之一。1 超长高层建筑结构温度问题有限元建模研究 结合工程实例,分析建筑结构各个阶段温度作用的特点,完善温度作用和温差取值的计算原则,并选出在工程设计中起控制作用的温差取值,方便设计采用。根据实际情况建立超长建筑结构的有限元分析模型,采用有限元分析程序ANSYS 有限元计算程序,进行结构整体分析。 郑州第二长途电信枢纽工程主体为超长高层建筑结构。主楼地下1层,地上主体19层。19层之上局部突起2层。柱网9.6 12m,主体结构东西长134m。由于功能要求建筑中间不设缝,南 10 港口科技 港口建设

梁结构应力分布ANSYS分析汇总

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 先进制造及模具设计制造实验 梁结构应力分布ANSYS分析 学院名称：机械工程学院 专业班级：研1402 学生姓名：XX 学生学号：S1403062 2015年5 月

梁结构应力分布ANSYS分析 （XX，S1403062，江苏大学） 摘要：本文比较典型地介绍了如何用有限元分析工具分析梁结构受到静力时的应力的分布状态。我们遵循对梁结构进行有限元分析的方法，建立了一个完整的有限元分析过程。首先是建立梁结构模型，然后进行网格划分，接着进行约束和加载，最后计算得出结论，输出各种图像供设计时参考。通过本论文，我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。 关键词：梁结构；应力状态；有限元分析；梁结构模型。 Beam structure stress distribution of ANSYS analysis （Dingrui, S1403062, Jiangsu university） Abstract: This article is typically introduced how to use the finite element analysis tool to analyze the stress of beam structure under static state distribution. We follow the beam structure finite element analysis method, established the finite element analysis of a complete process. Is good beam structure model is established first, and then to carry on the grid, then for constraint and load, calculated the final conclusion, the output of images for design reference. In this article, we have the role of the finite element method in modern engineering structural design, use method has a preliminary understanding. Key words: beam structure; Stress state; The finite element analysis; Beam structure model. 1引言 在现代机械工程设计中，梁是运用得比较多的一种结构。梁结构简单，当是受到复杂外力、力矩作用时，可以手动计算应力情况。手动计算虽然方法简单，但计算量大，不容易保证准确性。相比而言，有限元分析方法借助计算机，计算精度高，

超长框架结构的温度作用计算及工程设计.

超长框架结构的温度作用计算及工程设计 提要阐述了超长框架结构的温度作用计算方法；并就一工程实例，示范了在实际工程设计中如何进行这类结构的设计。 关键词超长框架结构，温度作用 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，本文在文献[1]的基础上，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（见图一），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βX I（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Q I或P J，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 Q I=K IβX I，P J=S JβX J。若楼层仅在温度作用下，根据力的平衡，应有 ∑Q I=∑P J，亦即有∑K I X I=∑S J X J，由此式可以看出，楼层的平衡不动点位于框架柱的抗侧刚度中心。 2．3计算楼层各点在温度作用下产生的侧移

砌体结构震害特点及分析

墙体破坏原因和特点： 抗弯、抗拉、抗剪强度不能满足时墙体出现裂缝 横墙水平裂缝——横墙平面外受弯，楼盖传力给横墙； 横墙斜裂缝、交叉裂缝——剪切，底层比上层严重； 纵墙水平裂缝——平面外受弯，横墙间距过大，楼盖刚度不足，中部较端部严重；纵墙斜裂缝、交叉裂缝——剪切，窗间墙、窗肚墙，两端较中部严重 山墙（横墙）水平裂缝——屋盖和墙体的拉结不可靠 山墙倒八字裂缝——不均匀沉降 墙角的破坏原因和特点： 建筑物四角及突出部分的阳角，纵横两个方向出现裂缝，形成V字形，甚至局部倒塌； 扭转效应造成、墙角空间刚度较大、使地震作用效应明显增大，应力复杂造成应力集中，而两个方向的约束较少使得抗震能力降低。 纵横墙连接处破坏原因和特点： 竖向裂缝、严重时纵墙外闪倒塌； 施工时不同时咬槎砌筑，留有马牙槎，缺乏拉结； 纵墙平面外刚度和横墙平面内刚度差别很大，振动不同步，产生较大拉力。 地基不均匀沉降。 楼盖与屋盖的破坏原因和特点： 楼盖是水平传力构件，要求有较好的刚度，一般现浇楼盖刚度大于预制楼盖；预制板缝偏小时，混凝土不易灌实，易于散开； 墙体错位，楼、屋盖预制板搭接长度不够，拉结措施不可靠，易造成楼屋盖的某一端坠落。 房屋附属物的破坏原因和特点： 女儿墙、出屋面烟囱、附墙烟囱、垃圾道、屋顶小间都是竖向悬臂构件，震时易于坠落造成人员伤亡； 雨蓬、挑檐、阳台等属于水平悬挑构件，震时也易于坠落造成人员伤亡； 局部突出的构件存在鞭梢效应，地震反应强烈，破坏率高，更要引起重视。 楼梯间的破坏原因和特点 楼梯间的墙体（尤其是横墙）易于开裂； 横墙间距较小，水平抗剪刚度较大，分担过多的地震剪力； 楼梯间没有形成楼板和墙体的相互支撑，空间刚度相对较小； 上层楼梯间破坏比下层重； 若楼梯间布置在端部或转角处更为严重； 楼梯间的外纵墙也是易于破坏的部位。

温度应力计算

第四节 温度应力计算 一、温度对结构的影响 1 温度影响 （1）年温差影响 指气温随季节发生周期性变化时对结构物所引起的作用。 假定温度沿结构截面高度方向以均值变化。则 12t t t -=? 12t t t -=?该温差对结构的影响表现为： 对无水平约束的结构，只引起结构纵向均匀伸缩； 对有水平约束的结构，不仅引起结构纵向均匀伸缩，还将引起结构内温度次内力； （2）局部温差影响 指日照温差或混凝土水化热等影响。 A ：混凝土水化热主要在施工过程中发生的。 混凝土水化热处理不好，易导致混凝土早期裂缝。 在大体积混凝土施工时，混凝土水化热的问题很突出，必须采取措施控制过高的温度。如埋入水管散热等。 B ：日照温差是在结构运营期间发生的。 日照温差是通过各种不同的传热方式在结构内部形成瞬时的温度场。 桥梁结构为空间结构，所以温度场是三维方向和时间的函数，即： ),,,(t z y x f T i = 该类三维温度场问题较为复杂。在桥梁分析计算中常采用简化近似方法解决。 假定桥梁沿长度方向的温度变化为一致，则简化为二维温度场，即： ),,(t z x f T i = 进一步假定截面沿横向或竖向的温度变化也为一致，则可简化为一维温度场。如只考虑竖向温度变化的一维温度场为： ),(t z f T i = 我国桥梁设计规范对结构沿梁高方向的温度场规定了有如下几种型式：

2 温度梯度f（z，t） （1）线性温度变化 梁截面变形服从平截面假定。 对静定结构，只引起结构变形，不产生温度次内力； 对超静定结构，不但引起结构变形，而且产生温度次内力； （2）非线性温度变化 梁在挠曲变形时，截面上的纵向纤维因温差的伸缩受到约束，从而产 。 生约束温度应力，称为温度自应力σ0 s 对静定结构，只产生截面的温度自应力； 对超静定结构，不但产生截面的温度自应力，而且产生温度次应力； 二、基本结构上温度自应力计算 1 计算简图 2 3 ε 和χ的计算 三、连续梁温度次内力及温度次应力计算 采用结构力学中的力法求解。

温度作用与结构设计

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： —太阳辐射吸收系数。可参照“民用建筑热工设计规范”GB50176、附录2.6 —水平或垂直面上的太阳辐射照度。可参照GB50176、附录三、附表3.3 —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 e 2、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。太阳辐射照度可参照GB50176附录三，附表3.3。 三、结构的温度内力 1、导热微分方程的解 无内热源的导热微分方程

砌体结构常见问题分析和设计

砌体结构常见问题分析与设计 新疆建筑标准设计办公室 多层砌体房屋建筑以剪切变形为主，纵横墙布置应基本均匀、对称以体现规则性原则；结构的基本周期一般在0.3S以内，结构的初裂水平侧移约为1/4000，大震时的破坏主要依靠抗震构造措施来抗御。 1 一般规定及结构布置 1.1一般规定 1.1.1 砌体结构的材料指烧结普通砖、多孔砖、蒸压类的实心砖、标准的混凝土小型砌块，其他如：非蒸压粉煤灰混凝土标砖、多孔砖、蒸压类的空心或多孔砖在地震区不能采用。 1.1.2 横墙很少指大于4.2m开间的房间占该层面积的80％以上者，如：全为教室的教学楼或食堂、俱乐部和会议楼等。 1.1.3 关于嵌固条件好的半地下室：指埋深较多或形成扩大半地下室底盘，对半地下室作为上部结构的嵌固端有利，抗震验算可不计作一层。 不论全地下室或半地下室，抗震强度验算时均应当作一层并应满足墙体承载要求。凡有质量就有地震作用，楼层集中了各层的主要质量，不论房屋高度如何变化，有多少楼盖也就有多少个计算质点，一个质点只考虑一个自由度，这是底部剪力法计算的基本前提。 1.1.4 坡屋面的最低处高度≤1.5m时，可与顶板合并成一层计算；当阁楼层面积≤1／2顶层楼面积、最低处高度≤1.8m时，阁楼层可不作一层计算，高度不计入总高度之内。将其作为局部突出构件（荷载并放大）进行抗震强度验算（抗规5. 2.4条），除轻钢、木屋盖外，放大

亦可将阁楼层当作普通楼层输入验算做比较（面积比≤0.714时PMCAD程序判定为屋顶间，自动放大地震作用）。 1.1.5 横墙错位：现浇楼盖≤500mm，预制板≤300mm以内可以认为是连续的横墙。 1.1.6 计算房屋宽度：单面悬挑走廊、局部突出楼梯间不计入。 1.1.7 转角窗：转角窗的设置使砌体墙的连续性和封闭性中断，地震作用不能传递；鉴于低层房屋其震害与平面规则性的差异不明显，8度区≤3层，6、7度区≤4层时，在采取加强措施后可设置转角窗。1.1.8 现浇板沿外墙（含内墙楼梯间）楼板支座宽度内设置2ф12的加强筋。 1.1.9 房屋错层：现浇楼板高度大于750mm预制楼板大于600时，宜设缝。复式结构房屋原则上应按楼板标高作为集中质点计算层数。1.1.10 局部地下室不宜采用，地基土质较好时（稍密砂砾地基土、中密砂土），若不便分开，两者基底差不宜过大且按1：2放坡。 1.2多层砌体 1.2.1 砌体结构房屋原则上不能设局部内框架（结构动力特性不同，不同材料的结构处于同一结构单元内的变形、刚度不一致，地震时易造成连接部位的破坏）。仅限于在门厅部位设置一、二层的梁柱结构，可不认为是“内框架”，但在构造上应予以重视，尽量不使其承载过大，加强门厅侧边墙体的布置及两者连接处的节点构造。 1.2.2 纵横墙在结构平面布置中不能分别对齐时应采取措施。 1.横墙不对齐：一般一个五开间的住宅结构单元内，有3～4道对

超长结构温度应力分析与控制措施

超长结构温度应力分析与控制措施 摘要：随着人们对建筑物使用功能的要求越来越高，一些公共建筑正逐渐向大 型化、舒适化发展，大量超长、超宽的大型公共建筑随之涌现。由于季节变化的 影响，超长结构的温度应力问题会导致混凝土楼板产生裂缝，严重影响建筑的使 用功能和结构安全，因此温度作用在设计中必须予以考虑。本文以某钢筋混凝土 框架-剪力墙结构为例，对超长结构的温度应力问题采用有限元分析程序MidasGen进行了计算分析并给出了控制措施。 关键词：超长结构；温度应力；后浇带；有限元分析 1、前言 超长结构，由于季节变化等因素的影响，会让超长结构的混凝土发生变形， 当混凝土的变形受到墙体等构件的约束，楼板内便会产生较大的温度应力，当温 度应力高出混凝土的抗拉强度时，就会导致混凝土楼板会产生裂缝，通常情况下，若在结构中采用低收缩混凝土材料、设置后浇带以及采用预应力钢筋等措施时， 温度应力及收缩应力对结构的影响一般可以忽略。但超长混凝土结构中，如若不 进行合理的温度效应控制，柱、墙等竖向构件将产生显著的温度内力，影响结构 的承载能力；楼板则很有可能开裂并形成有害的贯通裂缝，对建筑防水和结构的 耐久性很不利，影响建筑的正常使用，因此，如何降低温度应力的影响是超长结 构设计的关键问题。 2、工程概况 某五星级酒店主楼部分采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，楼盖采用现浇钢 筋混凝土梁板体系，底部裙楼为两层宴会大厅，并设有斜圆柱形主出入口。框架 柱截面尺寸600mmx600mm～900mmx1200mm，墙截面尺寸200～500mm。 现行GB50010－2010《混凝土结构设计规范》中对房屋建筑工程结构伸缩缝 的最大间距做如下规定：对于现浇式结构，普通砖混结构50m，框架结构55m， 剪力墙结构45m，框架-剪力墙结构根据框架和剪力墙的具体布置情况取45~55m 之间，通常可取50m。该酒店结构不设缝轴线尺寸为167.2m，超过了规范要求。 3、温度工况 (1)温度荷载。假设该建筑从当年7月开始地上部分施工，第1～3层施工分 别需要一个月，从4层开始每层半个月，至次年二月半完工。按照该假定施加的 温度荷载始终为降温作用，为最不利工况。 (2)有限元模型。针对温度应力建立四组模型(M0、M1、M2、M3)，均考虑施 工模拟和收缩徐变的作用；其中，部分模型考虑了地下室顶板的转动弹性嵌固， 弹簧刚度计算按照柱所连接的梁柱刚度进行计算，为近似值。模型的具体设计参 数见表1所示。 结构二层的后浇带设置如图1所示，其余各层M0、M1、M2后浇带设置均同；M3与 M2相比，仅在结构第二层增设后浇带c，其余部位后浇带设置均同M0～M2模型。温度有 限元模型为保证结构成立，将一跨内的所有次梁和板均设置为后浇带。 4、温度应力分析 本工程采用有限元分析程序MidasGen对本模型进行温度应力计算分析，分别探讨温度应力对框剪结构中的柱、剪力墙、梁板等主要构件的影响，并给出控制措施及建议。 (1)柱内力。通过对比框架柱主要集中区域的温度应力，其中：①主楼最外侧柱(区域1)；

结构的温度作用设计word文档

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= e I αρ ρ—太阳辐射吸收系数。GB50176、附表2.6 I —水平或垂直面上的太阳辐射照度。GB50176、附录三、附表3.3 e α—外表面换热系数。取19.0W/m 2 ·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： χαπυT e - = 波传导的延迟时间：απ ξ T x 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。因此，结构温度作用计算的时间单元以日为宜。 3、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。查GB50176 附录三、附表3.2。武汉地区为36.9℃ 冬季 50年一遇最低日平均温度。查GB50176 附录三、附表3.1或GBJ19，武汉地区为 -11℃ 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，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。太阳辐射照度查GB50176附录三，附表 3.3. 三、结构的温度内力 1、导热微分方程的解

第2章 构件内力分析基础

第2章构件内力分析基础 学习目标 理解各种基本变形的受力和变形特点； 掌握各种基本变形的内力特点、计算方法； 掌握各种基本变形的内力图、力矩图的画法。 2．1构件的变形 2．1．1构件的基本要求 机械工作时，组成机械的各个构件都要受到外力的作用。例如，吊起重物的钢丝绳要承受重物的重力、轧钢机轧辊要受到钢坯阻力的作用等。 构件在载荷作用下都会发生一定的变形，随着载荷的继续增加，有些构件可能会突然断裂，有些构件则发生过大变形直至破坏。为了保证构件正常工作，每一个构件都要有承受足够载荷的能力。 具有一定承载能力的构件，要满足下面3个方面的要求： 1．强度要求 强度是构件抵抗破坏的能力，满足强度要求是指正常受力的构件不能被破坏。这是对构件的最基本的要求。例如，吊起重物的钢丝绳不允许断裂，齿轮在传动过程中不允许破损，机器主轴不允许折断或扭坏等。 2．刚度要求 刚度是构件抵抗变形的能力，满足刚度要求是指正常受力的构件的变形量不能超过允许的限度。有时构件在载荷的作用下虽然不会发生破坏，但如果变形过大，会导致构件不能正

常工作。例如，齿轮轴变形过大会影响齿轮的啮合状况，如图2—l(a)所示；车床主轴变形过大会影响工件的加工精度，如图2—l(b)所示。因此，对于自身变形会影响机械工作性能的构件，必须满足一定的刚度要求。 图2—1受载荷作用的构件变形 3．稳定性要求 稳定性是构件保持原有平衡状态的能力。对于中心受压的细长直杆，例如，图2—2(a)所示的内燃机的挺杆、图2—2(b)所示的千斤顶的顶杆等，当压力较小时，受压杆件均能保持直线的平衡状态，但随着压力的增加，压杆会突然变弯而丧失工作能力，这种现象称为丧失稳定，简称失稳。因此，要求压杆必须在工作中始终保持原有的直线状态，即具有足够的稳定性。为了满足构件在强度、刚度、稳定性3个方面的要求，达到安全可靠的目的，必须为构件选择适当的材料、合理的截面形状和尺寸，同时还必须尽可能降低材料的消耗量，以符合经济的原则。 图2—2中心受压的细长直杆 2．1．2变形固体的概念 在第1章中，假定物体是刚体，就是假定物体在外力作用下，形状尺寸大小不变。实际上，在自然界中绝对的刚体是不存在的，只是物体的微小变形对研究平衡问题影响很小，可以忽略，而在实际应用中，物体在外力的作用下都会产生变形。

3静定结构的内力分析习题解答解读

静定结构内力分析习题集锦（一） 徐 丰 武汉工程大学

第3章 静定结构的内力分析习题解答 习题3.1 是非判断题 (1) 在使用内力图特征绘制某受弯杆段的弯矩图时，必须先求出该杆段两端的端弯矩。（ ） (2) 区段叠加法仅适用于弯矩图的绘制，不适用于剪力图的绘制。（ ） (3) 多跨静定梁在附属部分受竖向荷载作用时，必会引起基本部分的内力。（ ） (4) 习题3.1(4)图所示多跨静定梁中，CDE 和EF 部分均为附属部分。（ ） 习题3.1(4)图 (5) 三铰拱的水平推力不仅与三个铰的位置有关，还与拱轴线的形状有关。（ ） (6) 所谓合理拱轴线，是指在任意荷载作用下都能使拱处于无弯矩状态的轴线。 （ ） (7) 改变荷载值的大小，三铰拱的合理拱轴线形状也将发生改变。 （ ） (8) 利用结点法求解桁架结构时，可从任意结点开始。 （ ） 【解】（1）正确； （2）错误； （3）正确； （4）正确；EF 为第二层次附属部分，CDE 为第一层次附属部分； （5）错误。从公式0 H /C F M f 可知，三铰拱的水平推力与拱轴线的形状无关； （6）错误。荷载发生改变时，合理拱轴线将发生变化； （7）错误。合理拱轴线与荷载大小无关； （8）错误。一般从仅包含两个未知轴力的结点开始。 习题3.2 填空 (1)习题3.2(1)图所示受荷的多跨静定梁，其定向联系C 所传递的弯矩M C 的大小为______；截面B 的弯矩大小为______，____侧受拉。 P 习题3.2(1)图 (2) 习题3.2(2)图所示风载作用下的悬臂刚架，其梁端弯矩M AB =______kN·m ，____侧受拉；左柱B 截面弯矩M B =______kN·m ，____侧受拉。

钢筋混凝土温度作用分析

钢筋混凝土温度作用分析 1概述 温度问题是长期以来困扰超长混凝土结构设计的一大问题，这方面人们已做了大量的研究，但至今没有得到良好的解决。目前越来越多的在建百万机组的火力发电厂主厂房采用现浇钢筋混凝土框架结构，其主厂房每台机一般至少有10个跨度，长度100米左右。现行的《混凝土结构设计规范》规定，室内现浇框架结构的最大适宜伸缩缝间距为55米，当有充分依据和可靠措施时可适当增加间距。弱设置伸缩缝则需采用双柱，增加了工程造价的同时还给工艺布置带来一系列问题。此外设缝带来耐久性、耐火性、水密性、施工性和维修性等方面的问题。对于火力发电厂主厂房来说，在同二台机范围内设置三条伸缩缝在工艺上来说也是可以的，但目前常规的做法大多还是在两台机之间设伸缩缝而同一台机择连为一体，如何解决百万机组火力发电厂钢筋混凝土主厂房温度作用问题成为电厂结构设计的一大课题。 2温度问题的综述 2.1温度作用的分类 结构上的温度作用按温差产生的不同分为三种：季节温差、日照温差、骤然温差。季节温差作用是指结构施工闭合时的温度与使用状态下的温度差值引起的结构反应；日照温差作用指同一天太阳辐射在结构不同部位引起的反应；骤然温差作用指强冷空气的作用引起的结构反应。目前普遍的观点是：对钢筋混凝土结构，季节温差是引起结构温度裂缝的主要原因。 2.2温度作用的计算原理 梁在温度作用下的自由膨胀获收缩均不会产生内力，引起结构破坏的温度作用主要是梁的温度自由变形收到柱子刚度的限制，从而引起柱子的侧向变形，导致产生结构内力。 温度应力或内力的计算与外荷载作用下的内力计算不同，温度应力的大小直接取决于框架柱康侧移刚度的大小，两者互为因果关系。当结构的温度应力过大时，不得不加大柱子的断面尺寸，然而这同时有导致结构的温度内力进一步加大，如此循环导致温度问题很难解决。 框架爱结构温度作用的计算原理如下：在温度作用下，框架梁产生变形并收到柱子的约束，从而产生如图所示的框架整体变形。温度作用引起的结构轴力和弯矩如图所示。 梁柱节点的变形协调方程组为： 求解变形协调方程和内力平衡方程即可完成对结构上温度作用的解。 大量的分析计算都表明，温度对结构的影响主要集中在底层，三层以上接近自由变形，分析时可简单地只考虑结构的下部两层。结构上的温度作用可分为轴力作用和局部弯矩作用。两种作用均关于结构中线对称分布，轴力最大值在结构的第一层梁中间跨； 框架柱局部弯矩最大值在端柱柱底。温度轴力的作用是的结构的第一层梁的受力状态由弯曲变为拉弯，局部弯矩则是叠加了弯曲作用，对于柱子的影响尤为明显。 2.3 温度作用实验研究 小尺寸试件温度试验表明：温度裂缝分为浅层裂缝和深层裂缝，至钢筋表面，其对温度应力的影响程度很小。深层裂缝一旦开展就很宽，且会使温度应力发生很大松弛，一般来说第一条的松弛程度更大。结构在温度变化反复作用下，将在新的部位出现新的裂缝；原有的裂缝进一步开展或闭合。配筋对分散温度裂缝，减小裂缝开展宽度有较明显的作用，但其定量关系尚待进一步研究。 2.3常见的温度作用分析方法 常见的考虑温度应力的计算方法综合起来有如下几种：

温度应力计算

6.1混凝土施工裂缝控制6.1.1混凝土温度的计算 ①混凝土浇筑温度:T j =T c +(T q -T c )×(A 1 +A 2 +A 3 +……+A n ) 式中：T c —混凝土拌合温度（℃），按多次测量资料，在没有冷却措施的条件下，有日照时混凝土拌合温度比当时温度高5-7 ℃，无日照时混凝土拌 合温度比当时温度高2-3 ℃，我们按3 ℃计；、 T q —混凝土浇筑时的室外温度（考虑最夏季最不利情况以30 ℃计）； A 1、A 2 、A 3 ……A n —温度损失系数，A 1 —混凝土装、卸，每次A=0.032(装 车、出料二次)；A 2 —混凝土运输时，A=θt查文献[5]P 33表3-4得6 m3滚动式搅拌车运输θ=0.0042，运输时 间t约30分钟，A=0.0042×30=0.126；A 3 —浇捣过程中A=0.003t, 浇捣时间t约240min, A=0.003× 240=0.72； T j =33+(T q -T c )×(A 1 +A 2 +A 3 )=33+(30-33)×(0.032×2+0.126+0.72) =33+（-3）×0.91=30.27 ℃ ②混凝土的绝热温升：T(t)=W×Q×（1-e-mt）/（C×r） 式中：T(t)—在t龄期时混凝土的绝热温升（℃）； W—每m3混凝土的水泥用量（kg/m3），取350kg/m3； Q—每公斤水泥28天的累计水化热(KJ/kg), 采用425号矿渣水泥Q =335kJ/kg(文献[5] P 14 表2-1)； C—混凝土比热0.97 KJ/(kg·K) ； r—混凝土容重2400 kg/m3； e—常数，2.71828； m—与水泥品种、浇筑时温度有关，可查文献[5]P 35 表3-5； t—混凝土龄期（d）。 混凝土最高绝热温升T h =W×Q/（C×r）=350×335/(0.97×2400)=50.37（℃） ③混凝土内部中心温度：T max (t)=T j + T 1 (t) 式中：T max (t)—t龄期混凝土内部中心温度； T j —混凝土浇筑温度（℃）；

超长结构温度应力计算探讨

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。

某工程的温度应力计算

一、温差效应理论 1，局部温差不对整体结构产生影响，只考虑整体温差。 2，出现温差时梁板等水平构件变形受到竖向构件的约束而产生应力，同时竖向构件会受到相应的水平剪力。 3，使用阶段由于外围有幕墙，屋顶有保温，首层室外楼板也有覆土或其他面层，且室内有空调，常年的温度较为稳定，可不考虑使用阶段的温差效应，只考虑施工阶段的温差效应。 二、温差取值 对于温差T1-T2，即施工阶段基准温度T1-施工后保温围护前的最低或最高温度T2： 1，施工阶段最低或最高温度（T2）选取： A，对地下室构件，即使地下水位较高，回填土也会在地下室施工完成不久后封闭，温度变化对结构影响很小很缓慢，可考虑地 区季节性平均温度变化（地下结构一般从设置后浇带、尽早回 填等措施来降低温差的影响，一般不需要计算）。 B，对地上结构，可以认为完全暴露在室外。可能达到的最低和最高温度可取当地最近十年的历史最低、最高气温（一般参考荷 载规范里的基本气温数据，比如青岛地区为-9/33度）。 2，施工阶段基准温度（T1）选取： 结构在后浇带合拢前各部分面积较小，温度效应可以忽略不计。因此后浇带浇注时的温度作为温差效应里的基准温度T1。 当工程进展顺利，地上各层结构的合拢时间可以精确到季节甚

至月份时候，这里的基准温度可取当季或当月的近十年平均气温。当施工进度无法掌握时，基准温度可取近十年月平均气温值T1=（0.0+2.4+6.4+11.9+17.0+20.9+24.4+25.2+22.1+16.9+9.2+3.5）/12 =13.3。因此一般适当控制后浇带合拢温度时，基准温度T1可按15度进行计算：降温温差T1-T2=15-（-9）=24℃；当计算地上结构升温温差时，升温温差T1-T2=15-33=18℃。 只有当地上结构一层顶合拢日期距屋面合拢的日期超过一年时，最大负温差和最大正温差才会共存在一个工程中，因正温差主要产生压应力，所以温度效应仍是按最大负温差来控制。 探讨：对于有后浇带的工程，在满足至少两个月的条件下是否可将后浇带浇注时间限定在温度较低的月份，至少避开最高的月份夜间浇筑，这样计算最大负温差时的基准温度（T1）会降低，相应最大负温差也会减小。 三、混凝土长期收缩的影响 根据王梦铁的《工程结构裂缝控制》中相关计算公式和表格。 混凝土收缩是一个长期的过程，影响最终收缩量的因素有水泥成分、温度、骨料材质、级配、含泥量、水灰比、水泥浆量、养护时间、环境温度和气流场、构件的尺寸效应、混凝土振捣质量、配筋率、外加剂等。由于竖向构件的约束，水平构件的混凝土收缩会产生拉应变，这种应变可以和混凝土因温度变化产生的应变等效，可用产生等量应变的温度差（当量温差）计入混凝土收缩效应的影响。 参考王梦铁的《工程结构裂缝控制》中的相关计算方法，混凝土收缩应变的形式和发展与混凝土龄期密切相关，任意时间t（天数）时混凝土已完成的收缩