第37卷第9期
2011年3月
山西建筑 S HANXI ARCH I TECTURE
l 37No . 9 Vo.
M ar . 2011
31
结构 抗震
文章编号:1009-6825(2011) 09-0031-02
钢结构温度应力释放构造做法的研究
马卫华
摘 要:概括了钢结构解决常温下温度应力问题的措施, 提出了在厂房纵向中部设置温度应力释放区, 利用可滑动螺栓
连接释放温度应力的构造做法, 以有效减小温度应力影响, 满足钢结构连接的构造要求。关键词:钢结构, 温度应力, 应力释放中图分类号:TU 391
文献标识码:A
0 引言
建筑物处于自然环境中受到各种温度变化的影响, 当构件内部温度变化所引起的膨胀或收缩受到约束时就要产生应力, 即温度应力。近年来, 钢结构在长度和高度方面都在不断的增加, 其温度应力的影响也越来越明显。通过恰当的构造做法来释放温度应力, 是解决问题的方法之一。
部拆除原有旧民宅之争。深入调查的结果是, 发现那里竟有北宋时期的 高丽使馆 遗址等几座极有史料价值和艺术价值的建筑遗存。如果跟随当时国内那股 草坪风 , 一味追求所谓欧陆式的绿地效果, 换来的称赞只是一时的, 留下的遗憾却是永远的。
保护城市的历史文化, 事关社会各界, 但首要的责任在政府。即使在高度市场化的国家也是如此。与不少欧洲古城相比, 中国的历史文化名城除个别外, 真正实施原物保护(文物保护) 、原貌保护(历史街区保护) 的范围要小得多。所谓发展与保护的矛盾, 相当程度上是人为的, 首先是政府规划不当造成的。杭州市近年启动的清河坊历史街区保护工程, 就是市政府下决心调整规划、撤销房地产开发项目才保全下来的, 正所谓 解铃还须系铃人 。在具体项目操作上, 各地情况不同, 解决的办法也有区别。有些地方, 原定的历史保护地段过于连片, 一旦城市启动旧城区改造, 就与路网规划、城市设施更新发生冲突。历史街区必要时可以划成若干小片, 以便于市政设施的引入和街区内部功能的转换。穿越古城的道路尽量不要设计成现代化的城市干道, 以免接纳大量过往车流。类型相同的历史街区可以适当撤并, 不求多而求精, 尤其要下力气保护那些能体现城市历史特色和地理标识的传统街区。有的零星分散、毁坏严重但有保留价值的建筑遗产和古建构件, 也宜适当集中起来, 易地重建, 与历史街区保护结合起来, 便于长远的管理与使用。有些规划保留的建筑遗产, 适合民间使用的, 可以出售、出租, 可以在允许的范围内改变用途, 但房主或承租人要按规定承担保护责任。
由于历史街区保护允许部分、大部分乃至全部改变使用功能, 在政府投入一定资金并提供政策支持的前提下, 还可以吸引
1 解决温度应力的措施
目前对一般钢结构处理温度应力的措施有四类:
1) 结构的长、宽都在规范设定的范围内时不考虑温度效应; 2) 结构的长或宽较大时, 通过增设伸缩缝来防止温度应力的破坏; 3) 结构设计时, 加乘一个安全系数来减小温度应力所占荷载的比例; 4) 采用长圆孔结构来释放温度应力。
一定数量的团体、中介和管理机构以及第三产业进驻街区, 包括适当引入房地产开发的机制。街区投入使用之后, 也要纳入社区服务与管理的范畴。因此, 要努力培育历史街区的内在活力, 构建历史街区的长远保护机制, 这是解决历史街区保护与经济社会发展矛盾的治本之策。
5 结语
发展与保护不是一对不可调和的矛盾, 关键是要实实在在地行动起来, 在实践中不断探索适合于本地实际的保护途径。尊重历史, 延续文脉, 是发展当代先进文化的应有之义。建筑遗产是历史的沉积, 是人类文明的结晶。对正在奔向现代化的当代人来说, 它是财富, 不是包袱; 保护它是责任, 不是负担。这项事业要世世代代接续下去, 不可能一蹴而就。当前正处于遗产保护的十字路口, 因而当代人尤其是作为现代人的建筑师的责任就格外的重大。
参考文献:
[1] 单霁翔. 从 大拆大建式旧城改造 到 历史城区整体保
护 探讨历史城区保护的科学途径与有机秩序(中) [J].文物, 2006(6):90-92.
[2] 叶如棠. 城市的发展与建筑遗产的保护[J].求是, 2002(2) :
72-73. [3] 阮仪三, 王景慧, 王 林. 历史文化名城保护理论与规划
[M ].上海:同济大学出版社, 1999. [4] 惠国夫, 袁 春, 王海力. 古城建筑历史风貌的存续和发展
[J].山西建筑, 2010, 36(5):57-58.
On urban devel op m ent and protecti on of historical architectural heritages
YAN K un -feng
Abstrac :t The paper ana l y zes t he pro cess , the current situa ti on and the contradicti ons i n the h i stor i ca l arch itect u ra l her itag es i n Ch i na , po ints out t he factual contradiction bet w een the urban deve l op m en t and the heritage protec tion is the m ai n proble m s i n the protecti on of the h i stor i ca l ar -ch i tect ura l her i tages , so as t o d irec t the people to strengthen t he pro tecti on i deo logy for pro tecti ng the h i stor ica l arch itectura l her itages . K ey word s :h i stor i ca l buil dings , c iti es , contrad icti on
收稿日期:2010-12-05 :唐山市科技技术研究与发展指导计划项目(项目编号:09110232c)
(-), 讲师, ,
32
第37卷第9期
2011年3月
山西建筑
大多数工程采用伸缩缝来释放温度应力, 但设置伸缩缝给建筑的防水、保温带来不利影响, 而加乘安全系数的方法则主要是其大小不好确定, 系数太大势必加大主要构件的尺寸, 增加建筑成本, 系数太小则起不到很好的效果。
各国关于温度作用取值的规定各不相同, 且有的国家没有明确规定, 我国规范[1]针对不同类型的结构也只是规定了设置伸缩缝的间距要求。对于一些较特殊的结构形式, 温度作用的取值还处于探索阶段。
2009年乔京生[2]等结合唐山某拟建超长钢结构厂房, 用AN-S Y S 软件进行了该厂房结构的温度应力场及位移场的数值模拟分析, 并对采用温度应力释放区的设计方案和设置温度伸缩缝的方案进行了对比分析, 结果显示采用温度应力释放区能有效降低温度应力的影响。
的纵向构件的弹性模量进行修改, 这样杆件成为弹性杆, 杆两端伸长量或缩短量就相当于长圆孔内螺栓的移动值。当设置长圆孔的长度为两倍伸缩缝的宽度时, 可知无论厂房在升温最大还是降温最大, 带长圆孔结构的纵向构件的应力大小接近零; 当设置长圆孔的长度为零时, 相当于不采取温度应力释放措施, 厂房各构件的应力最大; 当选择以上两种长度的中间值时, 主要考虑结构的整体稳定性及各构件的内力的安全储备。
长圆孔内的螺栓采用高强度摩擦型螺栓, 强度等级为8. 8级, 螺栓大小为M 20, Q235钢干净轧制摩擦面的抗滑移系数为0. 3, 根据计算公式[3]的单个螺栓的摩擦力为:
N =0. 9n f p =0. 9 2 0. 3 125=67. 5k N 。
联系杆允许应力: =26. 36M Pa ; 允许变形: l =1. 5mm 。其中, n f 为传力摩擦面数; 为摩擦面的抗滑移系数; p 为一个高强度螺栓的预拉力。
单个螺栓的摩擦力67. 5k N, 基本等于带长圆孔结构的系杆最大轴力值68. 1k N, 此时两端部刚架纵向位移值均为0. 012m 。
考虑结构升温或降温10 时, 长圆孔中螺栓不移动的情况, 此时带长圆孔结构的系杆最大轴力为145. 4k N, 位置为边跨处的联系杆, 其他带长圆孔结构的系杆的轴力基本在80k N 左右, 螺栓大小为M 30, 单个螺栓的摩擦力为:
N =0. 9n f p =0. 9 2 0. 3 280=151. 2k N 。
联系杆允许应力: =59. 05M Pa ; 允许变形: l =2. 24mm 。此时带长圆孔结构的联系杆的应力值为123M P a 。考虑到螺栓在小幅度温度变化下滑动的不能太频繁, 所以采用螺栓大小为M 30。考虑日温度变化情况, 采用结构温度变化幅值为10 作为螺栓滑动的临界温度是合适的。
螺栓在安装时初始温度下, 长圆孔中的螺栓位于孔的中心位置, 采用M 30的螺栓, 温度升高10 时, 螺栓所受力达到临界滑移状态, 当温度在此基础上再升高, 螺栓会滑动到一点A, 在从孔中心滑动到A 的过程中, 螺栓所受力的大小总维持在151k N 左右, 受力超过151k N, 螺栓就会滑动, 因此纵向构件的应力得到减小。
2 温度应力释放构造作法2. 1 基本思路
由于温度应力的客观存在, 尤其在较长的温度区段中温度应力的聚集效应可能会造成结构的损坏, 除了设置温度伸缩缝的做法外, 也可以在厂房中设置温度应力释放区, 其基本思路是利用可滑动螺栓连接释放温度应力, 进而减小温度应力影响。
2. 2 构造作法
首先在厂房纵向中部选取一榀适当的刚架, 通过这榀刚架将厂房分为两部分, 然后将任一部分上的所有纵向构件与该榀刚架的连接节点都做成可滑动的节点, 同时将该刚架上的屋面板、墙面板也处理成可以伸缩的构造, 整个厂房结构在工作时可通过这些节点构造的滑动伸缩来释放温度应力。与该榀刚架相连的纵向构件主要有檩条墙梁、吊车梁等构件, 这些构件与刚架的连接节点采用了长圆孔的做法, 如图1
所示。
3 结语
通过上述分析, 采用长圆孔的高强螺栓连接, 能有效减小温
度应力影响, 也能满足钢结构连接的构造要求。本文着重提出此种减小温度应力的构造作法, 螺栓等级、直径、栓孔长等参数尚应由具体情况计算确定。
由于屋面、墙面围护板均为彩色压型钢板, 自身变形能力强, 吊车梁系统已考虑纵向伸缩, 采用在构件上开长圆孔的做法可以满足节点有足够的滑动能力[4]。
设置长圆孔结构的孔长度, 就要根据施工工艺和被长圆孔结构分为两部分的纵向构件受温后位移变化大小来确定, 也就是设置伸缩缝时缝的宽度为长圆孔孔长度的最大值。
参考文献:
[1] GB 50017-2003, 钢结构设计规范[S].
[2] 乔京生, 郭学方, 李晓芝. 超长钢结构体系的温度应力场及
位移场数值模拟分析[J].唐山学院学报, 2009(12):11-14. [3] 魏明钟. 钢结构[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2005:62-64.
[4] 陈 鹏. 轻钢厂房的结构设计[J].山西建筑, 2008, 34(21) :
61-62.
2. 3 计算方法
为了模拟长圆孔结构的功能, 在最值温度下把带长圆孔结构
R esearch about the co mponents practi ce
of te mperature stress releasi ng of steel structure
M A W e-i hua
Abstrac t :T he paper ta l ks about m eas ures to so lve te m perat ure stress of stee l structure a t room temperature . The measures i nc l ude :se tti ng re -g ion o f temperat u re stress re l easi ng at the m i dd l e o f l ong d irection of plan t , us i ng sli de bolt jo i n t he com ponents practi ce of temperature stress re -leasi ng and so on , so as to reduce the i n fl uence of the te m pe rature stress e ffectively andm eet t he de m and o f t he co m ponents requ ire m ents o f stee l
structure s connecti on .
K ey word s :stee l structure , temperat u re stress , stress release
第37卷第9期
2011年3月
山西建筑 S HANXI ARCH I TECTURE
l 37No . 9 Vo.
M ar . 2011
31
结构 抗震
文章编号:1009-6825(2011) 09-0031-02
钢结构温度应力释放构造做法的研究
马卫华
摘 要:概括了钢结构解决常温下温度应力问题的措施, 提出了在厂房纵向中部设置温度应力释放区, 利用可滑动螺栓
连接释放温度应力的构造做法, 以有效减小温度应力影响, 满足钢结构连接的构造要求。关键词:钢结构, 温度应力, 应力释放中图分类号:TU 391
文献标识码:A
0 引言
建筑物处于自然环境中受到各种温度变化的影响, 当构件内部温度变化所引起的膨胀或收缩受到约束时就要产生应力, 即温度应力。近年来, 钢结构在长度和高度方面都在不断的增加, 其温度应力的影响也越来越明显。通过恰当的构造做法来释放温度应力, 是解决问题的方法之一。
部拆除原有旧民宅之争。深入调查的结果是, 发现那里竟有北宋时期的 高丽使馆 遗址等几座极有史料价值和艺术价值的建筑遗存。如果跟随当时国内那股 草坪风 , 一味追求所谓欧陆式的绿地效果, 换来的称赞只是一时的, 留下的遗憾却是永远的。
保护城市的历史文化, 事关社会各界, 但首要的责任在政府。即使在高度市场化的国家也是如此。与不少欧洲古城相比, 中国的历史文化名城除个别外, 真正实施原物保护(文物保护) 、原貌保护(历史街区保护) 的范围要小得多。所谓发展与保护的矛盾, 相当程度上是人为的, 首先是政府规划不当造成的。杭州市近年启动的清河坊历史街区保护工程, 就是市政府下决心调整规划、撤销房地产开发项目才保全下来的, 正所谓 解铃还须系铃人 。在具体项目操作上, 各地情况不同, 解决的办法也有区别。有些地方, 原定的历史保护地段过于连片, 一旦城市启动旧城区改造, 就与路网规划、城市设施更新发生冲突。历史街区必要时可以划成若干小片, 以便于市政设施的引入和街区内部功能的转换。穿越古城的道路尽量不要设计成现代化的城市干道, 以免接纳大量过往车流。类型相同的历史街区可以适当撤并, 不求多而求精, 尤其要下力气保护那些能体现城市历史特色和地理标识的传统街区。有的零星分散、毁坏严重但有保留价值的建筑遗产和古建构件, 也宜适当集中起来, 易地重建, 与历史街区保护结合起来, 便于长远的管理与使用。有些规划保留的建筑遗产, 适合民间使用的, 可以出售、出租, 可以在允许的范围内改变用途, 但房主或承租人要按规定承担保护责任。
由于历史街区保护允许部分、大部分乃至全部改变使用功能, 在政府投入一定资金并提供政策支持的前提下, 还可以吸引
1 解决温度应力的措施
目前对一般钢结构处理温度应力的措施有四类:
1) 结构的长、宽都在规范设定的范围内时不考虑温度效应; 2) 结构的长或宽较大时, 通过增设伸缩缝来防止温度应力的破坏; 3) 结构设计时, 加乘一个安全系数来减小温度应力所占荷载的比例; 4) 采用长圆孔结构来释放温度应力。
一定数量的团体、中介和管理机构以及第三产业进驻街区, 包括适当引入房地产开发的机制。街区投入使用之后, 也要纳入社区服务与管理的范畴。因此, 要努力培育历史街区的内在活力, 构建历史街区的长远保护机制, 这是解决历史街区保护与经济社会发展矛盾的治本之策。
5 结语
发展与保护不是一对不可调和的矛盾, 关键是要实实在在地行动起来, 在实践中不断探索适合于本地实际的保护途径。尊重历史, 延续文脉, 是发展当代先进文化的应有之义。建筑遗产是历史的沉积, 是人类文明的结晶。对正在奔向现代化的当代人来说, 它是财富, 不是包袱; 保护它是责任, 不是负担。这项事业要世世代代接续下去, 不可能一蹴而就。当前正处于遗产保护的十字路口, 因而当代人尤其是作为现代人的建筑师的责任就格外的重大。
参考文献:
[1] 单霁翔. 从 大拆大建式旧城改造 到 历史城区整体保
护 探讨历史城区保护的科学途径与有机秩序(中) [J].文物, 2006(6):90-92.
[2] 叶如棠. 城市的发展与建筑遗产的保护[J].求是, 2002(2) :
72-73. [3] 阮仪三, 王景慧, 王 林. 历史文化名城保护理论与规划
[M ].上海:同济大学出版社, 1999. [4] 惠国夫, 袁 春, 王海力. 古城建筑历史风貌的存续和发展
[J].山西建筑, 2010, 36(5):57-58.
On urban devel op m ent and protecti on of historical architectural heritages
YAN K un -feng
Abstrac :t The paper ana l y zes t he pro cess , the current situa ti on and the contradicti ons i n the h i stor i ca l arch itect u ra l her itag es i n Ch i na , po ints out t he factual contradiction bet w een the urban deve l op m en t and the heritage protec tion is the m ai n proble m s i n the protecti on of the h i stor i ca l ar -ch i tect ura l her i tages , so as t o d irec t the people to strengthen t he pro tecti on i deo logy for pro tecti ng the h i stor ica l arch itectura l her itages . K ey word s :h i stor i ca l buil dings , c iti es , contrad icti on
收稿日期:2010-12-05 :唐山市科技技术研究与发展指导计划项目(项目编号:09110232c)
(-), 讲师, ,
32
第37卷第9期
2011年3月
山西建筑
大多数工程采用伸缩缝来释放温度应力, 但设置伸缩缝给建筑的防水、保温带来不利影响, 而加乘安全系数的方法则主要是其大小不好确定, 系数太大势必加大主要构件的尺寸, 增加建筑成本, 系数太小则起不到很好的效果。
各国关于温度作用取值的规定各不相同, 且有的国家没有明确规定, 我国规范[1]针对不同类型的结构也只是规定了设置伸缩缝的间距要求。对于一些较特殊的结构形式, 温度作用的取值还处于探索阶段。
2009年乔京生[2]等结合唐山某拟建超长钢结构厂房, 用AN-S Y S 软件进行了该厂房结构的温度应力场及位移场的数值模拟分析, 并对采用温度应力释放区的设计方案和设置温度伸缩缝的方案进行了对比分析, 结果显示采用温度应力释放区能有效降低温度应力的影响。
的纵向构件的弹性模量进行修改, 这样杆件成为弹性杆, 杆两端伸长量或缩短量就相当于长圆孔内螺栓的移动值。当设置长圆孔的长度为两倍伸缩缝的宽度时, 可知无论厂房在升温最大还是降温最大, 带长圆孔结构的纵向构件的应力大小接近零; 当设置长圆孔的长度为零时, 相当于不采取温度应力释放措施, 厂房各构件的应力最大; 当选择以上两种长度的中间值时, 主要考虑结构的整体稳定性及各构件的内力的安全储备。
长圆孔内的螺栓采用高强度摩擦型螺栓, 强度等级为8. 8级, 螺栓大小为M 20, Q235钢干净轧制摩擦面的抗滑移系数为0. 3, 根据计算公式[3]的单个螺栓的摩擦力为:
N =0. 9n f p =0. 9 2 0. 3 125=67. 5k N 。
联系杆允许应力: =26. 36M Pa ; 允许变形: l =1. 5mm 。其中, n f 为传力摩擦面数; 为摩擦面的抗滑移系数; p 为一个高强度螺栓的预拉力。
单个螺栓的摩擦力67. 5k N, 基本等于带长圆孔结构的系杆最大轴力值68. 1k N, 此时两端部刚架纵向位移值均为0. 012m 。
考虑结构升温或降温10 时, 长圆孔中螺栓不移动的情况, 此时带长圆孔结构的系杆最大轴力为145. 4k N, 位置为边跨处的联系杆, 其他带长圆孔结构的系杆的轴力基本在80k N 左右, 螺栓大小为M 30, 单个螺栓的摩擦力为:
N =0. 9n f p =0. 9 2 0. 3 280=151. 2k N 。
联系杆允许应力: =59. 05M Pa ; 允许变形: l =2. 24mm 。此时带长圆孔结构的联系杆的应力值为123M P a 。考虑到螺栓在小幅度温度变化下滑动的不能太频繁, 所以采用螺栓大小为M 30。考虑日温度变化情况, 采用结构温度变化幅值为10 作为螺栓滑动的临界温度是合适的。
螺栓在安装时初始温度下, 长圆孔中的螺栓位于孔的中心位置, 采用M 30的螺栓, 温度升高10 时, 螺栓所受力达到临界滑移状态, 当温度在此基础上再升高, 螺栓会滑动到一点A, 在从孔中心滑动到A 的过程中, 螺栓所受力的大小总维持在151k N 左右, 受力超过151k N, 螺栓就会滑动, 因此纵向构件的应力得到减小。
2 温度应力释放构造作法2. 1 基本思路
由于温度应力的客观存在, 尤其在较长的温度区段中温度应力的聚集效应可能会造成结构的损坏, 除了设置温度伸缩缝的做法外, 也可以在厂房中设置温度应力释放区, 其基本思路是利用可滑动螺栓连接释放温度应力, 进而减小温度应力影响。
2. 2 构造作法
首先在厂房纵向中部选取一榀适当的刚架, 通过这榀刚架将厂房分为两部分, 然后将任一部分上的所有纵向构件与该榀刚架的连接节点都做成可滑动的节点, 同时将该刚架上的屋面板、墙面板也处理成可以伸缩的构造, 整个厂房结构在工作时可通过这些节点构造的滑动伸缩来释放温度应力。与该榀刚架相连的纵向构件主要有檩条墙梁、吊车梁等构件, 这些构件与刚架的连接节点采用了长圆孔的做法, 如图1
所示。
3 结语
通过上述分析, 采用长圆孔的高强螺栓连接, 能有效减小温
度应力影响, 也能满足钢结构连接的构造要求。本文着重提出此种减小温度应力的构造作法, 螺栓等级、直径、栓孔长等参数尚应由具体情况计算确定。
由于屋面、墙面围护板均为彩色压型钢板, 自身变形能力强, 吊车梁系统已考虑纵向伸缩, 采用在构件上开长圆孔的做法可以满足节点有足够的滑动能力[4]。
设置长圆孔结构的孔长度, 就要根据施工工艺和被长圆孔结构分为两部分的纵向构件受温后位移变化大小来确定, 也就是设置伸缩缝时缝的宽度为长圆孔孔长度的最大值。
参考文献:
[1] GB 50017-2003, 钢结构设计规范[S].
[2] 乔京生, 郭学方, 李晓芝. 超长钢结构体系的温度应力场及
位移场数值模拟分析[J].唐山学院学报, 2009(12):11-14. [3] 魏明钟. 钢结构[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2005:62-64.
[4] 陈 鹏. 轻钢厂房的结构设计[J].山西建筑, 2008, 34(21) :
61-62.
2. 3 计算方法
为了模拟长圆孔结构的功能, 在最值温度下把带长圆孔结构
R esearch about the co mponents practi ce
of te mperature stress releasi ng of steel structure
M A W e-i hua
Abstrac t :T he paper ta l ks about m eas ures to so lve te m perat ure stress of stee l structure a t room temperature . The measures i nc l ude :se tti ng re -g ion o f temperat u re stress re l easi ng at the m i dd l e o f l ong d irection of plan t , us i ng sli de bolt jo i n t he com ponents practi ce of temperature stress re -leasi ng and so on , so as to reduce the i n fl uence of the te m pe rature stress e ffectively andm eet t he de m and o f t he co m ponents requ ire m ents o f stee l
structure s connecti on .
K ey word s :stee l structure , temperat u re stress , stress release