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摘要：简单论述了基本构件在温度变化工况的作用效应，介绍了一座大型炼钢厂房纵向结构的温度变化作用效应，并对钢结构厂房纵向温度变化作用效应作了简单概括，对预防温度效应危害提出了一些建议。
关键词：钢结构 ；厂房；纵向；温度变化；作用；效应 ；分析
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：
随着经济建设规模的扩大，钢结构在工业与民用建筑中的应用领域进一步开拓，就工业建筑而言，生产工艺革新带来大跨度、大柱网的要求，加上厂房内桥式吊车的吨位逐步加大，类似这种大跨度、大柱距的重型和特重型厂房的建设越来越多，出现了一些新技术、新工艺等。对这种大型工业厂房、日常温度变化引起的作用效应（下简称温度效应）.尤其这些厂房纵向结构往往布置多片柱间支撑，刚度较大，温度效应明显。这些问题必须予以考虑。现结合某大型结构厂房工程实例，针对纵向温度效应及其危害防治问题做详细分析与说明。
1 纵向温度效应基本理论分析基本理论
无论何种设计，基本思路无非都是假定对结构或构件进行外部加载，评价结构或构件对外部作用的反应，从而确认其设计性能。对构件的温度效应，其外部作用即温度的变化导致的结构或构件的冷热应变。结构或构件的冷热应变来源主要有两种：1.平均温度升高，构件膨胀；2.截面高度内产生温度梯度，构件产生弯曲。对大型工业厂房，其温度效应以前者为主。对单构件来说，在相同温度变化情况下有三种作用效应：无约束状况下、完全约束状况下和有限约束状况下的作用效应。下表为某型钢（12m长）在15℃和30℃温差条件下的三种效应。
图一：无约束状况
图二：完全约束状况
图三：有限约束状况
由上述表格数据可以看出：有限约束条件下构件的温度效应介于前二者之间，且与约束刚度有关。这种情况恰恰就如实际工程中的一般构件约束状况。
2 某大型结构厂房基本情况分析
某大型冶金厂房钢结构柱网如图四。
图四
鉴于其屋面系统为重型钢结构屋面，刚度较大，能够较好的协调各跨之间的变形，根据工艺需要，其纵向支撑设置在靠近端头处，故选择最低标高列作为计算模型，柱顶标高22.7米，肩梁顶面标高13.2米，纵向总长5×24+2×18≡156米。该列柱剖面如图五。
图五
计算时考虑柱脚铰接，吊车梁、屋面托架梁与柱铰接。整列结构的侧向力全部由柱间支撑来抵抗。计算采用有限元分析进行。在此过程当中需要特别注意的一点在于：在通过ANSYS有限元分析软件进行计算模型的构建过程当中，需要特别关注对边界条件的有效确定：为确保整个厂房纵向某一节点热平衡方程均具备唯一解，需要通过添加定解条件的方式予以实现。
首先，对于第一类边界条件而言，物体边界位置的温度函数已知，借助于公式可表达为：。该边界条件计算公式中的定义为物体边界、定义为已知温度、定义为已知温度函数。
其次，对于初始条件而言，传热过程开始时物体在整个区域内的所具有温度为已知数值，借助于公式可表达为。该初始条件计算公式中的定义为已知函数。在此基础之上可以得出这样一个方面的结论：厂房最大温度变化区段若考虑在最低或最高温度状态下安装，根据本地温差情况及工厂工艺具体情况的经验取50℃，程序计算结果如下表：
根据本算例计算结果，可以看出，该厂房钢结构的温度效应占了构件承载力的很大一部分（最大接近50%，构件均采用Q345钢），对厂房结构及构件的安全带来了不小的负面影响，同时也将使工程的投资为此付出很大的代价。
3 基于工程实例对大型钢结构厂房纵向温度效应的几点思考
图六至图八是一般情况厂房的几种纵向结构布置形式。
图六
图七
图八
下表是上图三种不同类型厂房钢结构在不同温度变化区段的基本温度效应。按照温度变化差异性可以做如下几个方面的划分。
由上图表述几种厂房在达到一定的温度变化区段后，不同结构布置形式、不同柱距（厂房纵向总长）、不同高度情况下（仅考虑刚性柱间支撑）厂房的温度效应几乎都无法忽略(虽然类型C结构效果稍好)。因此，工程设计人员显然有理由在设计过程中适当考虑温度效应对厂房及构件承载力的不利影响，以免造成安全上的隐患。当然，钢结构厂房的布置不会是千篇一律的，对具体的厂房应该具体分析其温度效应的影响。
另外，有必要提出的是：1.厂房内的温度变化是不分纵横向的，两者同时存在且相互影响，这种相互之间的影响需要把整个厂房空间整体计算才能较准确的界定，从概念上说，这种影响显然是对结构不利；2.钢结构厂房屋面平面刚度往往较大，屋面（支撑）系统对柱顶温度效应的约束作用不容易准确的确定，但是这种影响对结构整体变形协调是有利的，而对具体构件却可能产生不利影响。
4 结束语
钢结构厂房纵向温度效应对结构整体的危害不可忽视。如何妥善的处理这些问题，也应该引起设计人员的重视。多方面、多角度的采取措施来减少温度效应的危害是工程设计人员要考虑的问题。比如建筑师在设计过程中宜尽量避免厂房内的冷、热桥现象而引起局部构件温差变化过大；厂房内外及厂房内热源的保温、隔热处理应有较有效的措施，结构布置时尽量把柱间支撑的位置设置在柱列中部，并根据厂房内热源位置适当布置结构；钢结构安装尽量考虑室外温度在整个厂房温度变化区段的中间区段时进行,以有效减少温度效应的不利影响，从而更好的节约工程投资。
参考文献：
[1] 苏谦,白皓,黄俊杰等.埋入式连续桩板结构温度效应计算方法[J].西南交通大学学报,2012,47(2):181-186.
[2] 刘红波,陈志华,王小盾等.太阳辐射下弦支穹顶叠合拱结构的温度效应[J].天津大学学报,2010,43(8):705-711.
[3] 趙翠兰,肖景林.声学形变势表面极化子的温度效应[J].红外与毫米波学报,2001,20(1):77-80.
[4] 陈志军,康文静,李黎等.空心薄壁墩水化热温度效应研究[J].华中科技大学学报（自然科学版）,2007,35(5):105-108.
[5] 张建荣,周元强,林建萍等.太阳辐射对混凝土箱梁温度效应的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2008,36(11):1479-1484.
关键词：钢结构 ；厂房；纵向；温度变化；作用；效应 ；分析
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：
随着经济建设规模的扩大，钢结构在工业与民用建筑中的应用领域进一步开拓，就工业建筑而言，生产工艺革新带来大跨度、大柱网的要求，加上厂房内桥式吊车的吨位逐步加大，类似这种大跨度、大柱距的重型和特重型厂房的建设越来越多，出现了一些新技术、新工艺等。对这种大型工业厂房、日常温度变化引起的作用效应（下简称温度效应）.尤其这些厂房纵向结构往往布置多片柱间支撑，刚度较大，温度效应明显。这些问题必须予以考虑。现结合某大型结构厂房工程实例，针对纵向温度效应及其危害防治问题做详细分析与说明。
1 纵向温度效应基本理论分析基本理论
无论何种设计，基本思路无非都是假定对结构或构件进行外部加载，评价结构或构件对外部作用的反应，从而确认其设计性能。对构件的温度效应，其外部作用即温度的变化导致的结构或构件的冷热应变。结构或构件的冷热应变来源主要有两种：1.平均温度升高，构件膨胀；2.截面高度内产生温度梯度，构件产生弯曲。对大型工业厂房，其温度效应以前者为主。对单构件来说，在相同温度变化情况下有三种作用效应：无约束状况下、完全约束状况下和有限约束状况下的作用效应。下表为某型钢（12m长）在15℃和30℃温差条件下的三种效应。
图一：无约束状况
图二：完全约束状况
图三：有限约束状况
由上述表格数据可以看出：有限约束条件下构件的温度效应介于前二者之间，且与约束刚度有关。这种情况恰恰就如实际工程中的一般构件约束状况。
2 某大型结构厂房基本情况分析
某大型冶金厂房钢结构柱网如图四。
图四
鉴于其屋面系统为重型钢结构屋面，刚度较大，能够较好的协调各跨之间的变形，根据工艺需要，其纵向支撑设置在靠近端头处，故选择最低标高列作为计算模型，柱顶标高22.7米，肩梁顶面标高13.2米，纵向总长5×24+2×18≡156米。该列柱剖面如图五。
图五
计算时考虑柱脚铰接，吊车梁、屋面托架梁与柱铰接。整列结构的侧向力全部由柱间支撑来抵抗。计算采用有限元分析进行。在此过程当中需要特别注意的一点在于：在通过ANSYS有限元分析软件进行计算模型的构建过程当中，需要特别关注对边界条件的有效确定：为确保整个厂房纵向某一节点热平衡方程均具备唯一解，需要通过添加定解条件的方式予以实现。
首先，对于第一类边界条件而言，物体边界位置的温度函数已知，借助于公式可表达为：。该边界条件计算公式中的定义为物体边界、定义为已知温度、定义为已知温度函数。
其次，对于初始条件而言，传热过程开始时物体在整个区域内的所具有温度为已知数值，借助于公式可表达为。该初始条件计算公式中的定义为已知函数。在此基础之上可以得出这样一个方面的结论：厂房最大温度变化区段若考虑在最低或最高温度状态下安装，根据本地温差情况及工厂工艺具体情况的经验取50℃，程序计算结果如下表：
根据本算例计算结果，可以看出，该厂房钢结构的温度效应占了构件承载力的很大一部分（最大接近50%，构件均采用Q345钢），对厂房结构及构件的安全带来了不小的负面影响，同时也将使工程的投资为此付出很大的代价。
3 基于工程实例对大型钢结构厂房纵向温度效应的几点思考
图六至图八是一般情况厂房的几种纵向结构布置形式。
图六
图七
图八
下表是上图三种不同类型厂房钢结构在不同温度变化区段的基本温度效应。按照温度变化差异性可以做如下几个方面的划分。
由上图表述几种厂房在达到一定的温度变化区段后，不同结构布置形式、不同柱距（厂房纵向总长）、不同高度情况下（仅考虑刚性柱间支撑）厂房的温度效应几乎都无法忽略(虽然类型C结构效果稍好)。因此，工程设计人员显然有理由在设计过程中适当考虑温度效应对厂房及构件承载力的不利影响，以免造成安全上的隐患。当然，钢结构厂房的布置不会是千篇一律的，对具体的厂房应该具体分析其温度效应的影响。
另外，有必要提出的是：1.厂房内的温度变化是不分纵横向的，两者同时存在且相互影响，这种相互之间的影响需要把整个厂房空间整体计算才能较准确的界定，从概念上说，这种影响显然是对结构不利；2.钢结构厂房屋面平面刚度往往较大，屋面（支撑）系统对柱顶温度效应的约束作用不容易准确的确定，但是这种影响对结构整体变形协调是有利的，而对具体构件却可能产生不利影响。
4 结束语
钢结构厂房纵向温度效应对结构整体的危害不可忽视。如何妥善的处理这些问题，也应该引起设计人员的重视。多方面、多角度的采取措施来减少温度效应的危害是工程设计人员要考虑的问题。比如建筑师在设计过程中宜尽量避免厂房内的冷、热桥现象而引起局部构件温差变化过大；厂房内外及厂房内热源的保温、隔热处理应有较有效的措施，结构布置时尽量把柱间支撑的位置设置在柱列中部，并根据厂房内热源位置适当布置结构；钢结构安装尽量考虑室外温度在整个厂房温度变化区段的中间区段时进行,以有效减少温度效应的不利影响，从而更好的节约工程投资。
参考文献：
[1] 苏谦,白皓,黄俊杰等.埋入式连续桩板结构温度效应计算方法[J].西南交通大学学报,2012,47(2):181-186.
[2] 刘红波,陈志华,王小盾等.太阳辐射下弦支穹顶叠合拱结构的温度效应[J].天津大学学报,2010,43(8):705-711.
[3] 趙翠兰,肖景林.声学形变势表面极化子的温度效应[J].红外与毫米波学报,2001,20(1):77-80.
[4] 陈志军,康文静,李黎等.空心薄壁墩水化热温度效应研究[J].华中科技大学学报（自然科学版）,2007,35(5):105-108.
[5] 张建荣,周元强,林建萍等.太阳辐射对混凝土箱梁温度效应的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2008,36(11):1479-1484.