超长大跨度结构温度作用研究进展

范重; 刘涛; 王虹淋; 兰成明; 刘学林; 张宇

doi:10.13206/j.gjgS26080545

超长大跨度结构温度作用研究进展

doi: 10.13206/j.gjgS26080545

范重¹,
刘涛¹,
王虹淋^1,2,
兰成明^2,1,
刘学林¹,
张宇¹

1. 中国建筑设计研究院有限公司, 北京 100044;
2. 北京科技大学土木与资源工程学院, 北京 100083

详细信息

作者简介:
范重，博士，教授级高级工程师，主要从事建筑结构设计与研究。Email：fanz@cadg.cn

计量
- 文章访问数: 8
- HTML全文浏览量: 4
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2026-08-05
- 网络出版日期: 2026-11-06

Research Progress in Thermal Effects on Super⁃Long and Large⁃Span Structures

1. China Architecture Design & Research Group, Beijing 100044, China;
2. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

摘要

摘要: 温度作用对超长大跨度结构的安全性与耐久性影响很大，近年来国内外在理论研究与工程实践方面取得了很大进展。由于直接受到太阳辐射作用钢构件温度上升的幅度，与太阳辐射强度、太阳辐射吸收系数等多种因素密切相关。因此，基于施工阶段与使用阶段室内外气温的变化规律，合理确定超长大跨度结构各部位初始温度的分布，是有效开展温度作用效应分析的基础。通过对大型复杂结构工程进行温度与应力的实时监测，为验证温度作用计算方法的可靠性提供依据。同时对我国规范温度作用分项系数与组合值系数的可靠性指标进行分析，推进温度与地震作用组合值系数及可靠性指标的相关研究。基于研究成果，结合自身在建筑结构设计研究方面的经验，对国内外超长大跨度结构温度作用理论研究与工程实践方面的进展进行了较为全面的回顾，并对温度作用研究的未来发展方向进行了展望。
- 气温 /
- 太阳辐射 /
- 结构初始温度 /
- 温度作用 /
- 作用组合 /
- 可靠性指标
Abstract: Thermal effects significantly influence the safety and durability of super-long and large-span structures. In recent years， substantial progress has been made in both theoretical research and engineering practice in this field. The temperature rise of steel components directly exposed to solar radiation is closely related to various factors， including solar radiation intensity and the solar radiation absorption coefficient. Accurately determining the initial temperature distribution across various parts of a super-long and large-span structure， based on the variation patterns of indoor and outdoor temperatures during both the construction and service stages， is fundamental to the effective analysis of thermal effects. Real-time monitoring of temperature and stress in large and complex structural engineering projects provides a reliable basis for verifying the accuracy of thermal effect calculation methods. Reliability index analyses of the partial factors and combination coefficients for thermal effects specified in Chinese design codes have promoted related research on combination coefficients and reliability indices for combined thermal and seismic actions. Drawing on the extensive experience in building structural design and research， this paper presents a comprehensive review of recent advances in both theoretical research and engineering practice concerning thermal effects in super-long and large-span structures， both in China and abroad. Finally， future research directions and development prospects in the field of thermal effects are discussed.
- air temperature /
- solar radiation /
- initial structural temperature /
- thermal effects /
- action combination /
- reliability index

HTML全文

参考文献(73)

[1]	王铁梦. 工程结构裂缝控制［M］. 北京：中国建筑工业出版社，1997：17-32.
[2]	Wang Z Y，Yuan Q，Lei J S，et al. A numerical algorithm for damage progression of reinforced concrete bridge piers during air temperature and solar radiation cycles［J］. Engineering Structures，2024，319（11）：118876.
[3]	El Kamari Y E，Raphael W，Chateauneuf A. Reliability study and simulation of the progressive collapse of Roissy Charles de Gaulle Airport［J］. Case Studies in Engineering Failure Analysis，2015（3）：88-95.
[4]	Iskhakov I，Ribakov Y. Collapse analysis of real RC spatial structures using known failure schemes of ferro-cement shell models［J］. Structural Design of Tall and Special Buildings，2014，23（4）：272-284.
[5]	Belostotsky A M，Akimov P A. Adaptive finite element models coupled with structural health monitoring systems for unique buildings［J］. Procedia Engineering，2016，153：83-88.
[6]	Lobkina V. Analysis of roof collapse cases caused by snow loads in Russia（2001-2021）［J］. Sustainability，2021，13：13580.
[7]	Chen G，Courtright C，Dharani L，et al. Engineering lessons learned from fracture failure of the Paseo suspension bridge［J］. Journal of Structural Engineering，2008，35（1）：73-81.
[8]	Zdenék P B，Hon M A，Yu Q，et al. Excessive long-time deflections of prestressed box girders. Ⅰ：record-span bridge in Palau and other Paradigms［J］. Journal of Structural Engineering，2012，138：676-685.
[9]	中华人民共和囯住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范：GB 50009—2012［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[10]	日本建築学会. 建築物荷重指針·同解説（2015）［S］. 东京：日本建築学会，2019.
[11]	范重，张华青，牟在根，等. 气温概率分布及设计使用年限调整方法研究［J］. 天津大学学报（自然科学与工程技术版），2022，55（7）：764-774.
[12]	任国玉，徐铭志，初子莹. 近 54 年中国地面气温变化［J］. 气候与环境研究，2005，10（12 ）：717-720.
[13]	Kushiyama S，Obata M. Temperature for thermal stress analysis of reinforced concrete buildings［J］. Journal of Structural and Construction Engineering（Transactions of AIJ），1994，462：91-99.
[14]	尚凯锋，刘艳峰，王登甲，等. 室外气温与太阳辐射的随动性关系研究［J］. 土木建筑与环境工程，2015（5）：116-121.
[15]	张晴原. 中国建筑用标准气象数据库［M］. 北京：机械工业出版社，2004.
[16]	范重，李夏，晁江月，等. 航站楼使用阶段钢结构温度取值研究［J］. 建筑科学与工程学报，2017，34（4）：9-18.
[17]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构可靠性设计统一标准：GB 50068—2018［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2019.
[18]	田敬博，侯纲领，李心霞. 建筑结构使用年限荷载调整系数取值［J］. 黑龙江工程学院学报，2013，27（4）：43-46.
[19]	河北省住房和城乡建设厅. 百年公共建筑设计标准：DB13（J）/T 8384—2020［S］. 北京：中国建材出版社，2021.
[20]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 混凝土结构设计标准：GB/T 50010—2010［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2024.
[21]	ASHRAE Technical Committees. 2017 ASHRAE handbook，fundamentals volume SI edition［M］. Atlanta：American Society of Heating Refrigerating and Air⁃Conditioning Engineers，Inc.，2017.
[22]	Al⁃Sanea S A，Zedan M F，Al⁃Ajlan S A. Adjustment factors for the ASHRAE clear⁃sky model based on solar⁃radiation measurements in Riyadh［J］. Applied Energy，2004，79（2）：215-237.
[23]	Ineichen P. Validation of models that estimate the clear sky global and beam solar irradiance［J］. Solar Energy，2016，132：332-344.
[24]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB 50736—2012［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[25]	Industrie Airbus. Airbus industrie test method solar absorption of paints：AITM2-0018［R］. Toulouse：Airbus Industrie，1998.
[26]	罗森诺 W M. 传热学基础手册（上）［M］. 北京：科学出版社，1992.
[27]	刘红波. 弦支穹顶结构施工控制理论与温度效应研究［D］. 天津：天津大学，2011.
[28]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB 50736—2012［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[29]	建设部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标准设计研究所. 全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力：2009J SCS-4［S］. 北京：中国计划出版社，2003.
[30]	范重，刘先明，范学伟，等. 国家体育场大跨度钢结构设计与研究［J］. 建筑结构学报，2007，28（2）：1-10.
[31]	范重，王喆，唐杰. 国家体育场大跨度钢结构温度场分析与合拢温度研究［J］. 建筑结构学报，2007，28（2）：32-40.
[32]	Zhou M，Fan J S，Liu Y F，et al. Non⁃uniform temperature field and effect on construction of large⁃span steel structures［J］. Automation in Construction，2020，119：103339.
[33]	Han Q H，Qi P，Lu Y，et al. Effect of non⁃uniform temperature on the thermal behavior of large⁃span spatial steel structures under construction［J］. Journal of Constructional Steel Research，2025，228：1-16.
[34]	区彤，丘岳想，李铭，等. 日照辐射下钢屋盖非均匀温度场理论与实测研究［J］. 建筑结构学报，2025，46（12）：63-72.
[35]	罗尧治，梅宇佳，沈雁彬，等. 国家体育场钢结构温度与应力实测及分析［J］. 建筑结构学报，2013，34（11）：24-32.
[36]	Cui J，Wang X，Li X，et al. Design and implementation of health monitoring system for an airport terminal building with a large⁃span truss steel structure［J］. Buildings，2025，15：3308.
[37]	Huang W，Meng X L，Xu W J，et al. Study of thermal effects on large⁃span ring⁃shaped steel structures［J］. Buildings，2025，15：3822.
[38]	Liu Z W，Sun W，Zhao K P，et al. Research on temperature modes and parameter⁃related responses of long⁃span asymmetric cable⁃suspended structures［J］. Buildings，2026，16：87.
[39]	British Slandards Institution. Actions on structures，part 1-5：general actions⁃thermal loads for buildings：BS EN 1991-1-5［S］. London：British Standards Institution，2003.
[40]	黄晨，李美玲. 大空间建筑室内垂直温度分布的研究［J］. 暖通空调，1999，29（5）：28-33.
[41]	石利军，付祥钊. 航站楼通风模型的边界条件设置分析［J］. 制冷与空调，2011，25（增刊）：11-15.
[42]	严寒，张鸿雁. 不同辐射模型在太阳辐射数值模拟中的比较［J］. 节能技术，2015，33（5）：428-431.
[43]	范重，吴雨璇，贡金鑫，等. 温度作用概率分布与可靠性指标研究［J］. 工程力学，2022，39（增刊1）：296-311.
[44]	范重，李夏，刘家明，等. 超长大跨度结构施工阶段温度效应研究［J］. 施工技术，2023，23（23）：1-13.
[45]	American Society of Civil Engineering. Minimum design loads for buildings and other structures：A SCE/SEI 7-22［S］. Reston，Virginia：American Society of Civil Engineering，2022.
[46]	Cornell C A. A probability⁃based structural code［J］. Journal of the American Concrete Institute，1969，66（12）：974-985.
[47]	Hasofer A M，Lind N. Exact and invariant second⁃moment code format［J］. Journal of the Engineering Mechanics，1974，100（1）：111-121.
[48]	Rackwitz R，Flessler B. Structural reliability under combined random load sequences［J］. Computers and Structures，1978，9（5）：489-494.
[49]	International Standard Organization. General principles on reliability for structures：ISO 2394-2015［S］. Switzerland：International Standard Organization，2015.
[50]	ASHTO LRFD. Bridge design specifications［S］. 8th ed. Washington DC：American Association of State Highway and Transportation Officials，2017.
[51]	贡金鑫，张勤. 工程结构可靠性设计原理［M］. 2 版. 北京：机械工业出版社，2021：138-221.
[52]	赵成刚，尹之潜. 地震作用与其他荷载的组合方法［J］. 地震工程与工程振动，1987，7（3）：65-72.
[53]	洪小健，顾明. 一个关于高柔结构顺风向抗风设计中考虑地震作用组合的概率模型及求解［J］. 应用数学和力学，2006，27（5）：256-263.
[54]	中华人民共和囯住房和城乡建设部. 建筑抗震设计标准：GB/T 50011—2010［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2024.
[55]	邱文亮，张哲. 桥梁结构地震与温度作用效应组合研究［J］. 大连理工大学学报，2011，51（4）：540-544.
[56]	Huang S，Yuan W C. Seismic design of long multi⁃span bridge considering temperature action effect［C］// Proceeding of 7th International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation. Nanchang：2015：965-968.
[57]	Zhang J B，Yang X，Dang X Z. Research on combination of seismic and temperature action effects of multi⁃span long continuous girder［C］// Proceeding of International Conference on Intelligent Transportation，Big Data Smart City（ICITBS）. Vientiane，Laos：2020：327-331.
[58]	范重，王璐璐，贡金鑫，等. 温度与地震作用组合值系数取值研究［J］. 建筑科学与工程学报［ J］. 2025，42（6）：1-11.
[59]	欧进萍，段宇博，刘会仪. 结构随机地震作用及其统计参数［J］. 哈尔滨建筑工程学院学报，1994，27（5）：1-10.
[60]	高小旺，陈德彬. 高层钢结构承载能力抗震可靠度分析及设计建议［J］. 土木工程学报，1992，25（2）：39-45.
[61]	欧进萍，段宇博. 高层建筑结构的抗震可靠度分析与优化设计［J］. 地震工程与工程振动，1995，15（1）：1-13.
[62]	马宏旺. 钢筋混凝土框架结构抗震可靠度分析与设计研究［D］. 大连：大连理工大学，2001.
[63]	吕大刚，贾明明. 钢框架结构基于变形可靠度的全概率抗震设计［J］. 工程力学，2011，28（5）：117-123.
[64]	傅学怡，吴兵. 混凝土结构温差收缩效应分析计算［J］，土木工程学报，2007，40（10）：50-59.
[65]	范重，陈巍，李夏，等. 超长框架结构温度作用研究［J］. 建筑结构学报，2018，39（1）：136-145.
[66]	中华人民共和囯住房和城乡建设部. 钢结构设计标准：GB 50017—2017［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2018.
[67]	范重，王大庆，唐杰，等. 唐山国际会议展览中心超长大跨度预应力结构设计［J］，建筑结构，2006，36（1）：56-63.
[68]	陈平友，肖克艰，陈志强，等. 成都双流国际机场航站楼超长大结构中预应力的应用［J］. 建筑结构，2010，40（9）：11-13.
[69]	华旦，吴杰，干钢. 超长混凝土结构的温度应力分析与设计实践［J］. 建筑结构，2012，42（7）：56-59.
[70]	Cavagnoli S，Fabiani C，Chiatti C，et al. Optimizing surface performance for urban heat island mitigation using microsphere⁃based coatings［J］. Sustainable Energy Technologies and Assessments，2025，83：104601.
[71]	束伟农，朱忠义，张琳，等. 北京新机场航站楼隔震设计与探讨［J］. 建筑结构，2017，47（18）：6-9.
[72]	周健，蒋本卫，张耀康，等. 昆明长水国际机场 T2 航站楼结构设计关键问题探讨［J］. 建筑结构，2024，54（22）：1-8.
[73]	范重，刘学林，刘涛，等. 济南遥墙机场 T2 航站楼超长结构温度及行波效应研究［J］. 建筑结构学报，2023，44（9）：188-200.