温度作用下混凝土砌体结构的构造措施研究.pdf
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1、2 0 1 0年第 3期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 0 N0 3 J u n e 温度作用下混凝土砌体结构 的构造措施研究 李捍无 , 宁怀 明 , 艾亿谋 ( 1 洛 阳理 工学 院建 筑工 程 系, 洛 阳 4 7 1 0 2 3 ; 2 苏州 市建 设工 程质 量检 测 中心有 限公 司, 2 1 5 0 0 4 ) 摘要 : 首先根据某地 区近年的气象资料 和有关规范 , 计算 出该地 区混凝土砌体结构的组合温差 。在此基础 上建立了某试点 建筑结构足尺的三维有 限元 模型 , 对其进行温度效
2、应有 限元分析 , 考虑不 同的构 造措施 , 得到 了各种构造措施 下砌体 建筑关键部 位的应力和位移等数据。最后对结果进行分析和 比较得出 , 在顶层墙体与屋顶间设置温度分隔缝是控制裂缝 最有效 的措施 。为该 地区混凝土砌体结构裂缝 的控制提供了有效 的理 论依据 。 关键词 : 混凝 土砌体结构; 温度作用; 构造措施; 有限单元法 中图分类 号: T U 5 2 2 文献标识 码: A 文章 编号 : 1 O O O 一 4 6 3 7( 2 0 1 0 ) 0 3 6 3 0 3 O 前言 对于混凝 土砌体结 构温度场 和温度效 应 的分 析 , 国内外 的学者 都作 了大量 的研
3、究 。M S r i n i v a s a R e d d y & S K r i s h n a mo o r t h y ( 1 9 8 9 ) _ 1 J 通过 一年 的实测 数据研 究 了砖 混结构顶层房屋在非 空调状态下不 同内表面的温 度 分 布 和 热 流 变 化 。 GT s i l i n g i r i d s V S o t i r o p o u l o s ( 1 9 8 9 ) p 通过对多 幢实验楼三年多 的实测数 据的分析 , 给出了表面温度 和室 内温度 的年 温差 和 日温差变化规 律。国内学者近年来也对温度场 的研究作 了大量的工 作 ,浙江大学金伟 良
4、等人对砌体结构 的温度场进行 了 研究 由通用有 限元软件 S AP AL 0 G0 R的稳态 温度 场 计算结果得 出砌体结构 的温度 分布规律,提出 了简 化 计算方法, 推导 了一维瞬态温度场 的隐式差分公式 1 3 1 。 东南 大学潘建伍 等4 1 采 用 S u p e r S a p有限元程 序 , 采用 对砖 墙弹性模量折 减 的方法 来考虑 门窗洞 的影响 , 对 某结构进行温度效应分析 。 目前 , 有 限元法 已经 比较完善 , 给结构 的建模 , 应 力和位移分析等带来 了极大的方便 。但有限元 的计算 主要是单片墙体的研究 , 对足尺建筑结构 的研究很少 , 同时对砌
5、块 的研究 主要偏 向于对砌 体进行简 化分析 , 没有把构造措施运用到建筑模型 中进行有 限元进行计 算 。本文首先依据某地区近年的气象资料和有关规 范 计算 出该地 区混凝 土砌块建筑 的组合温差,根据某试 点建筑建立足尺寸三维模型 ,对足尺寸模型在不 同的 构造措施下进行有 限元分析 ,通过对不 同构造措施下 的应力 、 位移情况进行分析研究 , 得出控制砌块建筑裂 缝最有效的措施。 1 混凝土砌体结构的温差计算 该试点 建筑为六层混 凝土砌体结构 , 高 2 0 6 m, 沿 东西 向长为 4 1 5 m, 南北 向长为 1 2 m。屋面做 法 : 蓝灰 色瓦 、 3 0 m m厚 细
6、石混凝 土找平 层 、 2 5 ra m厚 X P S保温 隔热 层 、 3 0 m m 厚挤 塑板 、 2 0 ra m 厚 水 泥砂 浆 找平层 、 1 2 0 m m厚钢筋 混凝土板 、 2 0 m m 厚混合砂浆 内粉刷 , 详 见图 l 。 墙体做法 : 1 0 0 m m厚大理石干挂 , 1 0 ram厚保温 砂浆抹灰 , 1 9 0 m m 双排 孔小 型混凝土空 心砌块 , 2 0 m m 厚混 合砂浆 内粉刷 , 详见 图 2 。 外 侧 l 一 瓦 ; 2 一 细石 混凝 土 ; 3 一 x P S保 温 隔热层 ; 4 防水层 ; 5 一水 泥 砂浆 找 平 层 ; 6
7、一 钢筋 混凝 土板 ; 7 一混 合砂 浆 图 1 屋 面结 构 示 意 图 外侧 1 2 内侧 1 E l O O mm厚 大理 石干挂 ; 2 m 1 O mm 厚保 温砂 浆抹 灰 ; 3 一 ? 昆凝 土空心 砌 块 ; 4 2 O m m 厚混 合砂 浆 图 2 墙体结构示意图 分 析某地 区 2 0 0 2年的气象 资料 以及 典型 f3的气 象资料 - 6 。由于引起温度应力变化的原因主要是温差 的变化 , 温差包括年温差和 日温差 , 这两个温差都对应 力产生一定 的影响 , 为了表示它们的综合作用 , 可 以按 一 63 2 0 1 0年第 3期 混凝 土与水 泥制品 总第
8、 1 7 3 期 照文献【 3 】 和文献 7 】 中的公式 : 组合 温差=日温差+ 0 8 5 年温差来计算。根据有关数据计算得到的组合温差列 于表 1 。 表 l 墙体 、 屋面 的计算温差 该表为 围护结构 的温差情况 , 对于 内墙和楼板 , 由 于室内气温变化不大 , 可以认 为内墙 、 楼板与室内空气 温度一致 , 因此不需要考虑 日温差 的变化 , 可以直接取 组合温差: 年温差。对于 内墙和楼板的年温差计算 , 在 无空调情况下 ,年温差为夏季室 内气温减去冬季室 内 气温 。即组合温差为 3 2 0 q c 一 3 0 = 2 9 0 。 2 混凝土砌体 结构温度效应有 限
9、元计算与分析 2 1 有限元计算模型和材料参数 运用有限元软件 A B A Q U S 建立数值模型 8 】 , 分析 试点建筑的各种构造措施在温度场作用下的应 变和应 力变化情况 ,由计算结果分析各种措施对结 构温度效 应的影响。本文对试点建筑建立 了几种不同构造措施 的计算模型 ,整体模型如图 3和图 4所示。模型共有 2 4 5 9 5 4个节点 , 1 2 6 2 2 2个单元 , 材料参数见表 2 。 表 2 材料参数 图 3建 筑模 型北 面 意 图 各种措施建立的计算模型说明 : MI : 仅有圈梁无其它构造措施的模 型。 M 2 : 在 M1 模型 的基础上设有构造柱 、 芯柱
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- 温度 作用 混凝土 结构 构造 措施 研究
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