浅谈温度作用对站台钢结构雨棚的影响

伍文波

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

温度作用对建筑结构的影响很早以前就已经被提出，到现在为止研究工作都有不同程度的开展，也取得了很多的成果。对于静定结构，通常温度的改变不会引起构件内力的变化。但需要说明的是，这种结论是在结构的变形能够自由充分发展的假设上的，而实际的结构或多或少与计算模型有一定的差异，因此需要在构造上保证结构的温度变形不受到约束;对于超静定结构，温度引起的变形是受到约束的，会产生附加的内力。因此必须在结构分析中考虑温度的作用，将其作为两种工况来考虑(温度升高和温度降低)，并参与荷载效应组合。温度升高和降低的大小根据施工时的温度以及当地的最高和最低温度来确定，或者是根据结构的使用环境来确定。

温度作用，特别是日照温差对结构的影响有很强的地域性，使得国内外工程设计时对季节温差考虑较多而对日照温差涉及较少、对单一结构简单形式的温度应力分析较多而对复杂体系的研究较少。国内早期的钢结构设计产品中，门式刚架厂房占了80%，由于软件的限制，结构计算模式基本采用平面排架模型，计算分析软件较为单一的采用PKPM的STS模块进行单榀建模分析，这样一来在结构模型中从根本上就忽略了温度作用的影响。

1 目前的结构设计状况

随着钢结构工程的建设越来越普及，鉴于钢结构自身的特殊性和对温度的敏感性，在结构设计中温度影响越来越受到重视。目前的规范中温度作用是怎么考虑的呢?《钢结构设计规范》GB50017－2003第8.1.5条中对温度区段长度中明确“露天结构纵向温度区段长度值120m”可以不考虑温度应力和温度变形的影响。同样的在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002中的第4.3.1条也明确“纵向温度区段不大于300m”。但多数时候，实际工程情况越来越复杂，或者为了满足建筑效果，钢结构工程的纵向温度区段长度经经常超出规范的规定，若仍采用STS模块单榀建模计算已不能满足要求，这就需要我们采取整体建模的方式来实现解决，现行的钢结构计算软件3D3S及有限元软件MIDAS等都能很好地在计算模型中实现温度作用对整体结构的影响分析。

2 工程实例

2.1 工程概况

本工程为新建南涪线铁路水江站站台雨棚，水江火车站位于重庆市南川区水江镇，设基本站台500m×9m×0.5m一座，站台上设162m长雨棚(雨棚中间部分与站房共柱考虑)。车站四面交通极为方便，沿线厂矿、村庄民舍密布，年平均气温21.7℃。

2.2 工程主要条件

(1)本工程主体结构设计使用年限为50a，结构安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级。

(2)本地区50a一遇的基本风压值为0.30kN/m2，地面粗糙度为B类。

(3)本工程建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度;设计基本加速度为0.05g;设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。

(4)屋面活载标准值:0.5kN/m2。

(5)温度荷载:与雨棚桁架合龙温度(15℃)的温差分别为－25℃、30℃。

(6)雨棚柱距按照9m设计。

采用3D3S整体建模分析比较有温度作用和无温度作用时的杆件内力(图2～图6)。

图1 雨棚钢结构计算模型

3 结构计算

结构的三维计算模型见图1。

3.1 钢梁的内力包络图比较

取出其中单榀梁柱构件作为分析对象

图2 有无温度作用下的钢梁弯矩M2(绕X轴)

通过图2(a)、图2(b)图形的比较，温度作用对钢梁截面起控制作用的弯矩大小没有影响。

3.2 钢梁的梁端位移比较

图3 有无温度作用下的钢梁位移

通过图3(a)、图3(b)图形的比较，温度作用对钢梁的梁端控制位移没有影响。

3.3 檩条的内力分析比较

图4 有无温度作用下的檩条的轴力

通过图4(a)、图4(b)图形的比较，温度作用对简支檩条的轴力有较大影响。

3.4 钢管砼柱内力包络图比较

图5 有无温度作用的柱底反力

通过图5(b)、图5(c)图形的比较，温度作用对雨棚柱底的反力有较大影响，主要是由于温差的变化引起的柱底纵向

(X轴向)水平力、绕Y轴弯矩的增加。

3.5 钢管砼柱顶位移比较

图6 有无温度作的钢管砼柱顶位移

通过图6(a)、图6(b)图形的比较，温度作用对钢管砼柱顶位移没有影响。

3.6 结果分析

通过上述计算构件对比，从钢梁的内力变化、钢梁位移、檩条轴力、柱底反力、柱顶位移等各方面进行分析比较，温度作用对檩条的轴力和雨棚柱底的反力有较大影响。

4 结论与建议

由本文的工程算例分析可知:温度对铁路站台钢结构雨棚这类长扁型结构的影响，主要体现在檩条的轴力和钢管柱底的反力上，参照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002中的第4.3.1条中的说明，对于超过温度区段长度的站台钢结构雨棚，可以在设计中通过合理的设置伸缩缝(即在搭接檩条上开长圆孔)，释放由温度引起的上部纵向水平力和位移，避免由于柱底反力过大造成基础设计的保守。

[1]樊小卿．温度作用与结构设计[J］．建筑结构学报，1999(4)

[2]GB50017－2003钢结构设计规范[S］

[3]CECS102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S］