力学概念 | 超长结构在温度作用下的概念分析
本文摘要（由AI生成）：
本文探讨了单层工业厂房纵向排架因温度均匀升高引起的结构变形。由于结构对称，变形也对称，柱子的伸长未受约束，而横梁的伸长导致柱顶水平位移，产生弯矩和剪力。文中还阐述了结构设计的基本概念，包括限制结构长度、设置伸缩缝减小变形和内力、以及合理布置支撑提高承载能力和刚度。对于高层建筑，也应注意布置电梯间以减小温度影响。理解这些力学概念对结构设计至关重要。
图1a 所示单层工业厂房纵向排架由于温度均匀升高所引起的结构变形。设各柱的截面相同,各纵向水平横梁的截面也相同,材料的线膨胀系数为 。忽略因内力引起的横梁轴向变形。
▲图1
温度均匀升高 时排架的变形如图1b中虚线所示。由于结构对称,受对称的温度变化作用,所以变形也是对称的。温度升高时柱子的伸长未受到约束,所以不会产生轴力;横梁的伸长会使柱顶产生水平位移,从而引起柱子的弯矩和剪力,并在横梁内引起轴力。设柱间每一横梁的伸长量为 ,则在忽略了内力引起的轴向变形后有
因变形是对称的,离对称轴越远的柱子柱顶水平位移和柱内弯矩数值就越大。以最靠近对称轴的两柱为例,柱底弯矩的数值为
其余柱子的弯矩将按柱顶水平位移的比值而增大,如图1b 所示。
由上述的分析可以了解以下在结构设计中有用的基本概念:
(1) 结构沿某一方向上长度越大,温度变化所引起的结构变形和内力一般也就越大。为了限制温度变化引起的内力,有关设计规范对各类结构的长度分别规定了限值。当结构物超长时,可以通过设置伸缩缝将其分为若干独立的区段，从而减小温度变化所引起的变形和内力。
▲图2 桥梁伸缩缝
(2)为了提高厂房排架的纵向承载能力和刚度，一般需在纵向某一柱间设置柱间支撑,如图3所示。此时应将柱间支撑布置在靠近纵向排架中部,这样对于减小柱子因温度变化引起的内力,以及减小柱间支撑本身的内力都是有利的。同理,对于高层建筑中的框架-剪力墙结构体系来说,为了减小温度应力,纵向剪力墙一般也不宜布置在建筑物的两端。
▲图3 厂房的柱间支撑
(3)高层建筑的电梯间布置尽量靠近中部区域。若在远端，在温度作用下，楼层越高，变形越大，影响精度。
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