屋面结构在太阳辐射作用下温度场的数值计算.pdfVIP

维普资讯 第7期 广东土木与建筑 No．7 2007年7月 GUANGDONGARCHITECTURE CIVILENGINEERING JUL2007 屋面结构在太阳辐射作用下温度场的数值计算 金 玲 (华南农业大学水利与土木工程学院 广州510640) 摘 要：运用热传导理论 ，将屋面构造层简化成多层板壁模型。利用有限差分法列出其在考虑太阳辐射等室外周 期性温度热扰作用下的一维瞬态传热方程 ，并用VB语言编写了计算程序 。根据气象资料计算屋面结构在 日照 作用影响下的温度场 ，其结果与实测资料相吻合 ，可为屋面结构温度应力计算提供可靠的温度荷载计算参数 。 关健词 ：屋面温度分布 ；周期热扰 ；温度应力；舒适度 的热量为qxdydz，经右界面流出的热量为 g础西 ， 1 前言 流人的净热量为 (qx-q础) 。在固体的热传导中， 热流量 qx(单位时间内通过单位面积的热量)与温度 置于 自然环境 中的建筑物屋面围护结构 ．长期 梯度Ot／Ox成正比，但两者方向相反，即： 经受 自然界环境条件变化和太阳辐射等温度作用的 qx=一 (Ot／Ox) (2) 影响。由此产生 的温度应力对 围护结构造成 的损害 将qx础展开成泰勒级数并取前两项 ，得 ： 是严重的[。尤其是在南方强烈 的太阳辐射作用下 ． (g一gm) 以= (02t／Ox)dxdydz (3) 围护结构 内外表面会产生较大的温差 ．并产生温度 在时间 内．此六面体由于温度升高所吸收的 应力造成屋面与顶层墙体结构不均匀的膨胀变形 ． 热量为c (at／Ox)dxdydzdt。不考虑内热源的影响， 使屋面及房屋顶层墙体 出现温度裂缝 ．这与 目前 由热量的平衡．温度升高所吸收的热量必须等于从 我国大力推广的建筑节能和提高居住空间的舒适度 外面流人的净热量 ，即： 是不相协调的 本文根据热传导理论 ．应用数值方法对屋面结 c 軎dxdydzdt(++軎)]dxdydzd￡(4) 构在 日照作用下的温度分布规律进行分析 ．编写计 简化后得固体 中热传导方程如下： 算程序对屋面等多层板壁结构在 日照作用影响下的 c+ + =鲁 5() 温度场进行计算 ．其结果与实测资料相吻合。同时． 利用该法可为屋面结构温度应力计算提供可靠的温 式 中：t为结构构件 中任意一点的温度 ： 为材料导 度荷载参数 ．为下阶段温度应力分析提供准确依据 温系数 对于屋面板和墙体认为温度是沿厚度方向 变化的一维瞬态问题，因此方程(5)可以简化为： 2 热传导方程的建立 (a／a)=(ot／of) (6) 2．2 边界条件 2．1 热传导方程 对于房屋围护结构．由于对其保温隔热性能进 在太 阳辐射作用下 ．房屋结构 内部属于不稳定 行测试 的资料较多。墙体和屋面内外表面的温度数 导热问题，其温度场可表示为 ： 据较易获得 ．因此可考虑以下两种情况的