Вертикальные температурные воздействия на высотные здания
Общеизвестно, что для высоких и больших по объему зданий обычно применяют температурные швы для уменьшения влияния перепада температур. Однако, когда высота многоэтажных зданий 100 м и более, могут возникнуть неравномерные деформации от температурных воздействий в вертикальных элементах, приводящие к появлению внутренних усилий вследствие ограниченности деформаций. Поэтому при проектировании конструкций рассчитывают на внутренние усилия, возникающие в конструкциях, от температурных воздействий и предусматривают мероприятия по их уменьшению.
Первоначальные сведения Температурные воздействия на строительные конструкции могут иметь самое разнообразное происхождение, но чаще всего рассматриваются климатические и технологические. Для высотных зданий выделяют два типа температурных воздействий: перепад температур наружных элементов и перепад температур по сечению.
Перепад температур по сечению приближенно вычисляется по формуле
где Тнаруж - наружная температура среднемесячная; Твнут - среднемесячная температура без кондиционера; Твнеш - среднемесячная температура с кондиционером.
Перепад температур находится по формуле:
где ΔТ- перепад температур по сечению.
При упрощенном расчете обычно предполагается, что температурный градиент носит линейный характер. Для высотных зданий принято, что конструкции от действия перепада температур не перемещаются.
Расчет вертикальных элементов на температурные воздействия
1 - свободная деформация; 2 - фактическая деформация; 3 - этаж i; 4 - расчет половины сечения
При решении применяется расчетный метод на основе дифференциального уравнения с непрерывной функцией упругости, искомой величиной которого является внутренняя сила элементов при упругих деформациях.
Как показывает анализ температурных воздействий на конструкции, одновременно действует перепад температур и перепад температур по сечению. Обычно предполагается, что от перепада температур в узлах не возникает перемещений и кручения. При этом считается, что наружные вертикальные элементы работают только на изгиб:
где Wz - момент сопротивления наружных вертикальных элементов; Е - модуль упругости наружных вертикальных элементов; Δt - перепад температур, летом Тнаруж > Твнут, Δt > 0, происходит растяжение внутреннего края; зимой Тнаруж < Твнут, Δt < 0, растяжение внешнего края; а — коэффициент расширения наружных вертикальных элементов, для железобетона а= 10-5 (1/°С).
Расчет ограниченного отсека с вертикальными элементами на температурные воздействия
При проектировании высотных зданий для анализа вертикальных температурных воздействий применяют метод расчета ограниченного отсека с расчетной функцией температурного сопротивления.
- Построение температурного плана. Нахождение перепада температур по сечению для каждого вертикального элемента АТ и перепада температур At. При расчете одновременно учитывается зимний «минус» и летний «плюс».
- Применение метода ограниченного отсека без расчетной функции температурного сопротивления. При расчете температурных воздействий для их учета на наружные вертикальные элементы прикладывается фиктивная нагрузка и применяются обычные методы строительной механики.
Проектные методы расчета вертикальных температурных воздействий
- Уменьшение постепенно изменяющегося сопротивления. При ограничении температурных деформаций в элементах конструкций возникают внутренние усилия. В железобетонных конструкциях происходит старение бетона, поэтому необходимо учитывать уменьшающееся сопротивление температурным воздействиям. При упрощенном расчете внутреннюю силу температурных воздействий следует умножать на коэффициент ослабления сечения 0,3. В стальных конструкциях не происходит ослабления сопротивления элемента.
- Уменьшение жесткости. Под воздействием вертикальной нагрузки, горизонтальной нагрузки и температуры в железобетонных конструкциях высотных зданий необходимо учитывать появление трещин в сечениях элементов. Для учета этого эффекта упругая жесткость железобетонных сечений умножается на 0,85, упругая жесткость стальных конструкций не уменьшается.
- Сочетание нагрузок с температурными воздействиями.
Сочетание нагрузок с температурными воздействиями вычисляется по следующей формуле:
где S - расчетное значение температурного воздействия; уG, ут - коэффициент надежности; SGK - нормативное значение нагрузки; STK - нормативное значение температурного воздействия; ψт - коэффициент сочетаний, ψт =0.8.
Коэффициент надежности
| Нагрузка уG | Температурное воздействие ут | |
| Коэффициент надежности | 1,25 | 1,2 |
Анализ вертикальных температурных воздействий и факторы, влияющие на них
- Факторы, влияющие на температурные воздействия
Температура, высота здания, высота этажа, изгибная жесткость балок, жесткость колонн - это главные факторы, влияющие на вертикальные температурные воздействия. При увеличении этих параметров увеличиваются температурные воздействия, а температура и высота здания являются самыми главными регулирующими параметрами.
- Влияние на конструкции температурных воздействий
Вертикальные температурные воздействия высотных зданий проявляются в неразрезных балках, в них увеличивается момент и поперечная сила; продольное сжатие и растяжение действуют на вертикальные элементы нижних этажей, перепад температур действует на наружные вертикальные элементы, в них появляется большой момент.
При проектировании конструкций высотных зданий находят наружные вертикальные элементы, для которых возникающие усилия от температурных воздействий оказывают большое негативное влияние на их работу. Для наружных элементов необходимо принимать качественные теплозащитные и теплоизолирующие мероприятия, в результате которых уменьшаются температурные воздействия, а также увеличивается выносливость конструкций, уменьшается появление трещин в стенах.