超长框架结构的温度作用计算及工程设计..docx

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问题的提岀 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 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 B XI （ B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 Q=K B XI，PJ=SJ B XJ。若楼层仅在温度作用下，根据力的平衡，应有 刀Q二刀PJ，亦即有刀KI XI二刀SJ XJ，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 仍以此单层框架为例（见图二），在负温差△ T作用下，平衡不动点左 侧的水平横梁的变形由两部分组成，即温度作用时的自由收缩 △ L=a Xn^ T（a为混凝土线膨胀系数） 图一温度作用下楼层不动点位置计算 图二温度作用下求解楼层各点位移 和柱顶剪力对水平横梁的压缩变形；因此在第 n根柱柱顶处横梁的水 平收缩尺寸为 S n=a Xr^ T- E （Qixi/ecai 式中eca i为第I跨处的水平横梁弹性模量及横截面积；代入 S r* Xr, Q=K B X，得 B = □△ T/[1+ E（K XI 2/xi/ecai 根据S I = B X , Q=K S I可以求得任意柱顶的水平位移及水平剪力。由伸 缩率B的计算表达式可以看出，B 是一小于a^ T的常数，这是由于 框架柱抵抗温度作用的自由变形，使得横梁实际变形小于△ L,当框架 柱数量越多，柱的抗侧刚度越大，这一现象越明显。 2. 4计算温度作用下的多层框架内力 对于多层框架，若若干楼层同时存在着温度作用，则可按照叠加的方 法，按次序分别作用上某一楼层的温差，按类似于单层框架的方法 （柱抗侧刚度应考虑相邻层构件的影响），计算出该温差作用下该楼 层各节点产生的侧移；这样所有的温度作用便均转化成为设计人员所 熟悉的节点位移。根据节点位移，按照 Q=K△S I （△S I为柱两端的 侧移差）可以分别计算出底层及以上各层柱的剪力，横梁的轴力也相 应得知。梁柱弯矩可以采用根据力矩分配法进行计算，此时，柱的固 端弯矩由柱两端的侧移差值确；手工计算时，可以将多层框架分层若 干单层单独进行计算，然后再进行组装，组装后力矩不平衡的节点可 再进行一次力矩分配。 以上求得的框架内力为弹性假定下温度作用时的内力，实际上，结构 工作时允许带有一定的裂缝，即结构处于弹塑性状态，结构的刚度应 予以折减；另外温度变化常常是一个连续的过程，不是一个突变的过 程，因此在温度连续变化的过程中，结构由于松弛和徐变的作用，已 经“消化”了一部分内力，这部分已“消化”的内力计算时可以不考 虑；实际结构设计时，温度作用是和其他作用一起组合计算的，计算 时应分别考虑温度作用的分项系数和荷载组合系数。根据文献 ［1］和现 行规范，上述各参数可以按如下建议取值：弹塑性系数 丫m可取 0.85，松弛徐变系数H (t, t)可取0.3~0.5，荷载分项系数丫 t可取 1.2，组合系数? t可取0.7。以上各类系数可以在弹性内力计算完成后 一并乘上，再与别的荷载组合到一起，进行配筋计算及裂缝宽度验 算。 根据文献［1］，当各楼层在相同的温差作用下，由于相邻两楼层的侧移较接近，位 移差对相关柱产生的内力很小，因此可以只计算底部两层在温度作用下的位移；另 外，顶层由