太阳强烈辐射对大跨度空间钢结构影响的研究

在太阳辐射下大跨度建筑物的外部温度场呈非均匀分布。阴面区域的温度低于阳面区域的温度。均匀温度场和非均匀温度场假定会导致大跨度建筑结构分析结果的明显不同。建筑结构荷载规范GB 50009-2001没有说明在太阳辐射下大跨度建筑外部温度场的计算方法。建筑物外部温度场受场地温度、太阳辐射强度、角度，以及建筑覆盖材料、风速等因素的影响，温度积累还与时间有关。辐射强度、角度和时间可以简单地由建筑物地理位置等因素代替。外部温度场计算复杂。课题实现对在太阳强烈辐射下大跨度空间钢结构外部温度场的有限元模拟，通过参数分析得到位于不同地理位置的若干常见形式的建筑结构外部温度场分布规律与各因数之间的关系。使用有限元法分析非均匀外部温度场对若干常见形式的大跨度空间钢结构的受力性能的影响。对现有建筑进行测试，验证理论分析正确性。课题研究结果为大跨度空间钢结构建筑的隔热、通风和环境设计等提供理论和试验依据。

在太阳辐射下大跨度建筑物的外部温度场呈非均匀分布。阴面区域的温度低于阳面区域的温度。均匀温度场和非均匀温度场假定会导致大跨度建筑结构分析结果的明显不同。建筑结构荷载规范GB 50009没有说明在太阳辐射下大跨度建筑外部温度场的计算方法。建筑物外部温度场受场地温度、太阳辐射强度、角度，以及建筑覆盖材料、风速等因素的影响，温度积累还与时间有关。外部温度场计算复杂。. 采用简化方法实现了大跨度空间钢结构在太阳辐射下外部温度场模拟。使用热-应力耦合有限元法分析外部非均匀温度场对网壳结构受力性能的影响。对于单层网壳算例，在不均匀温度场参与组合时比简化的均匀温度假定杆件应力变化幅度更大。不均匀温度场使结构产生不对称变形。在进行单层网壳结构设计时，建议采用简化的均匀温度假定时适当加大安全系数。对于双层网壳算例，不均匀温度场使结构杆件内力变化明显，阳面区杆件轴力增幅大。选取结构最高温度值并均匀施加在结构表面的简化方法和实际结果比较，前者阳面区最大杆件轴力略小与后者，阴面区杆件最大轴力大于后者。在进行双层网壳结构设计时，建议尽量采用不均匀温度场参与组合。均匀温度分布假定不适用于大跨度球面网壳结构的设计。. 结合遵义师范学院的屋盖钢结构的实际工程，对太阳辐射作用进行了计算模拟和实地数据观测对比。利用热红外成像仪观测建筑物温度场，获得实际温度场。运用热-应力耦合有限元软件对工程进行再分析。研究计算表明，圆形钢管在太阳强烈辐射的环境下，钢管的温度会随钢管截面的大小与壁厚呈规律性分布。钢管外径越大，越需要考虑自身的温度差对结构的影响。提出了弹性支座释放温度应力的方法以及支座的构造要求。.课题组发表论文9篇，其中被三大检索收录5篇，另有1篇发表在EI期刊源上。研究成果已应用于贵阳奥体中心体育场钢结构的结构复核、威宁体育馆太阳能耦合空气源光热系统、贵阳卷烟厂易地技术改造项目302试验工房、新疆八一钢铁有限公司铁精粉储运圆形料仓工程共4个项目中。