【技术周刊第62期】-温度荷载计算

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用户通过指定节点温差来定义温度荷载，软件在有限元分析过程中统一计算温度荷载对结构的影响。

一、对温度荷载的简化和定义

☃温度荷载引起的构件变形分为两类，一类是构件内外表面温差造成的弯曲，一类是构件均匀升温或降温造成的伸长或缩短。

☃由于高层建筑结构出现的温度荷载主要是均匀的普遍升温或降温作用，所以目前软件采用杆件截面均匀受温、均匀伸缩的温度荷载加载方式，不考虑杆件内外表面有温差时的弯曲。

☃按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第9.3.1条的规定，对结构最大温升的工况，升温温差=结构最高平均温度-结构最低初始平均温度；对结构的最大温降的工况，降温温差=结构最低平均温度-结构最高初始平均温度。对于结构最高平均温度和结构最低平均温度，《荷载规范》第9.3.2条做出了规定：“结构最高平均温度T_s,max和最低平均温度T_s,min宜分别根据基本气温T_max和T_min按热工学的原理确定。对于有围护的室内结构，结构平均温度应考虑室内外温差的影响；对于暴露于室外的结构或施工期间的结构，尚应依据结构的朝向和表面吸热性质考虑太阳辐射的影响。”对于结构最高初始平均温度和最低初始平均温度，《荷载规范》9.3.2条做出了规定：“结构的最高初始平均温度T_0,max和最低初始平均温度T_0,min应根据结构的合拢或形成约束的时间确定，或根据施工时结构可能出现的温度按不利情况确定。”

☃对于梁、柱等杆件，用户在其两端节点上分别定义节点温差，从而定义了一根杆件的温度升高或降低。软件中可以输入“最高升温”和“最低降温”两组温差，分别用以考虑结构的膨胀和收缩两组温度荷载工况。

☃用户在【前处理及计算】下的【温度荷载】中通过输入节点温差来定义温度荷载。用户首先应指定标准层号，点取【节点温差】或【全楼温差】菜单，在对话框中输入“最高升温”和“最低降温”两组工况，其中“最高升温”应填正值，“最低降温”应填负值，填零表示该节点无温度变化。输入温差后，选择对应节点来定义节点温差。例：全年最高温度35度，全年最低温度-20度，全年平均温度16度（安装时的环境温度），则温度1=35-16=19度；温度2= -20-16=-36度。

二、温度荷载工况及组合

☃软件采用通用有限元法计算温度效应，将节点温差转化为“等效荷载”，结构位移和内力的计算与其他荷载的分析完全一致。在软件中，“最高升温”和“最低降温”作为两个独立的工况与恒、活、地震、风等作用一样进行计算。温度荷载的分项系数可以在【计算参数】的【荷载组合】选项卡中设置，并且可以设置温度工况与风荷载、地震的组合关系。

☃目前软件是按照线弹性理论计算结构的温度效应。对于混凝土结构，考虑到徐变应力松弛特性等非线性因素，实际的温度应力并没有弹性计算的结果那么大。因此用户可以视情况在组合系数的基础上乘以徐变应力松弛系数0.3。对钢构件不考虑此项折减。

三、温度荷载计算常见问题

1、计算温度荷载时楼板应设置为弹性板

☃对于恒、活、风、地震的荷载工况，一般可按软件默认的刚性板模型计算，但是考虑温度荷载后如果还是按照刚性板模型计算，将导致异常的内力配筋结果。

☃这是因为在刚性楼板（或弹性板3）假定条件下，梁的膨胀或收缩变形受到平面内“无限刚”的楼板的约束，这种约束可导致梁产生很大的轴力，在升温时梁产生很大轴压力，降温时梁产生很大轴拉力，这种异常的梁轴力将导致梁配筋异常或者超限。对于柱来说，由于产生温度最大变形的梁收到刚性板约束，柱内不会产生剪力和弯矩，相应地，梁也不会产生弯矩和剪力，梁中仅有轴力作用。

☃因此在进行温度荷载下的分析时，应该将温度荷载影响范围内的楼板定义为弹性膜或弹性板6。