温度对建筑钢结构稳定性的影响

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0引言

近年来随着需求增多，各种特殊体型钢结构建筑增多，这些结构复杂、构件尺寸也较大，因钢结构会受到温度变化引起相应效应，在使用过程中如果处理不当，会引起钢结构局部甚至是整体失去稳定，造成钢结构建筑出现剧烈改变，失去承载重量能力。所以钢结构稳定性是钢结构建筑安全的重要因素，在进行设计大型或超大型钢结构建筑时，如体育中心等场所，要考虑到温度对其造成结构变形和位移，保证建筑物安全可靠。

1温度变化对钢材影响

①在常温下，对钢材拉弯，使其产生塑性变形，以此提高钢材屈服力，但同时也降低了钢材韧性和塑性。②随着温度升高，钢材强度和弹性也会发生相应变化，这是由于温度应力产生的。当温度在150℃以下时，钢材受影响较弱;当温度＞250℃时，钢材抗拉强度增强，但韧性和塑性受影响会下降;当温度在400℃左右时，钢材屈服强度下降;500℃时钢材屈服强度达最佳屈服强度2/3;当温度在600℃时，钢材屈服强度为最佳屈服强度的1/3。根据不同温度钢材屈服强度不同，建筑物内所使用温度如果＞150℃时就要对其钢材防热处理。随着温度下降，钢材强度提高，但韧性和塑性相应会发生下降。③在高温下，钢材会发生屈曲，严重时会使钢结构失去稳定，造成建筑物坍塌。

2温度变化对钢结构变形影响

2．1钢结构温度变形类型

钢结构温度变形类型从力学角度可分为两种:一是弹性变形，是钢结构在温度升高后产生膨胀，而温度降低后又能恢复到原来形状;二是塑性变形，在温度发生变化后，钢材产生变形，但这种变形是永久性的，即使温度再恢复到此前一样，钢材也不可能恢复原来形状。

2．2温度变形对钢结构影响

建筑物首先要求安全可靠。因此在进行建筑物钢结构建造时，必须保证钢材质量符合建筑物需求。如果钢材在温度变化下发生弯曲变形、扭曲折皱等现象，对于建筑物，既存在不安全可能，视觉效果也没有美感。

2．3钢结构连接

建筑物在采用钢结构建造时，各构件之间连接通常用焊接或螺栓连接，各构件紧密连接。如果温度变化，钢结构发生变形或扭曲，拼装时很难做到紧密连接，所设计钢结构承载能力就会改变。如果所使用钢结构板件厚重时，焊接时会有温度变化发生，使钢构件改变，降低整个钢结构脆性。由于温度而产生钢结构变形对建筑物安全性不利，钢结构构件发生屈曲，结构失去稳定，温度越高时，钢结构变形复值也会相应增高，温度相同变化下，所使用钢结构板材越厚，发生变形就会越大。

3实例分析温度对建筑钢结构稳定性影响

以兰州市某工厂超大型钢结构厂房为研究对象，针对温度对超大型钢结构影响研究，运用ANSYS和PKPM软件对整个厂房空间模拟，综合对厂房温度应力和温度变形分析，并通过三种方案分析比较。一是通过“抗”的方式对钢结构大柱及梁截面增大;二是通过“放”的方法，增加一榀钢结构架设伸缩缝方法;三是通过“放”方式，在温度不动点处设置温度应力释放区。通过以上三种方案，对厂房钢结构模拟分析比较，得出以下结论:①对于一般钢结构建筑，温度所造成影响不大，但是超大型钢结构建筑受温度变化影响较大。因此超大型钢结构建筑设计时，应计算温度应力及温度所产生相应变形。温度应力和温度变形相互矛盾，当进行释放温度应力时就会导致钢结构变形，进行温度控制变形后，温度应力会相应增加，因此一定控制好温度应力和温度变形。②对于超大型钢结构建度，结构中间处一般是温度不动点，而此处刚度大约束性比最大，钢结构两端约束性最小，温度发生变化时，温度变形根据控制力减少从中间向两端处加大。③在超大型钢结构建筑内，应在相隔20－30m处设置柱间支撑，以增强建筑物纵向刚度。在柱间支撑点处约束性最强，可有效控制支撑柱变形，减少整个建筑物变形可能，同时柱间支撑也可把温度应力传到基础上。

4防止和控制温度变形方法

①从设计角度对温度变形控制时，建筑物结构需要规则，而钢结构构件刚度要在合理范围内，既不能过小，过小不能有效控制温度变形，也不能过大，过大会产生温度残余应力。②大型或超大型钢结构建筑物必须进行伸缩缝设置，因建筑物特殊要求，不能设置伸缩缝，可通过特殊措施进行温度控制防止钢结构构件变形。如钢结构构件焊接时，有温度变形情况，需采用冷却法快速散温而控制变形现象。焊接时温度过高可能会使钢构件隆起，因此钢构件安装前，进行反方向起拱，以抵消温度造成变形。这种方法存在难度，因钢构件变形方向很难测定。

参考文献:

［1］倪岷樑．浅谈温度作用对电厂钢结构设计的影响［J］．技术与市场，2018，25(10)．

［2］沈斌．浅析温度对钢结构稳定性的影响［J］．建材与装饰，2018(23).

作者:石永玮 李丽 单位:甘肃兰州市人工影响天气协调领导小组办公室 甘肃第三建设集团公司