高層鋼框架-混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系施工期間變形及其控制研究.pdf

1、隨著高層建筑的發(fā)展，鋼框架．混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用日益增多。混合結(jié)構(gòu)體系能充分發(fā)揮鋼材與混凝土兩種材料的特性，受力合理，抗震性能良好。但是，隨著建筑高度的不斷增高，施工期間結(jié)構(gòu)體系的變形問題也逐漸凸顯出來。這一問題不僅影響施工方案制定和施工質(zhì)量控制，還關(guān)系到結(jié)構(gòu)體系本身的安全。對(duì)變形問題進(jìn)行研究，能夠提高高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土材料力學(xué)性能的時(shí)變特性進(jìn)行了研究。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的

2、擬合，建立了高強(qiáng)、高泵程混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比隨齡期變化的模型。通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)廣泛應(yīng)用的幾種混凝土徐變模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為CEB-FIP MC90模型與B3模型能夠較好地預(yù)測(cè)高強(qiáng)、大流動(dòng)性混凝土施工期間的徐變。 對(duì)施工期間高層結(jié)構(gòu)體系豎向變形的計(jì)算方法進(jìn)行了討論。采用按齡期調(diào)整的有效模量法，能夠?qū)?fù)雜的徐變計(jì)算轉(zhuǎn)化為擬彈性問題，大為簡(jiǎn)化了高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向變形計(jì)算。施工過程對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算影響不可忽略，用有限元．超

3、級(jí)元耦合方法能夠很好地模擬施工過程，提高了計(jì)算效率?；谑┕みM(jìn)程，將結(jié)構(gòu)施工期間的豎向變形分為“已發(fā)生值”和“將發(fā)生值”，通常施工中的找平會(huì)把前者補(bǔ)償?shù)簦冃沃皇Ｏ潞笳?。這為施工過程中豎向承重構(gòu)件確定找平補(bǔ)償值提供了理論指導(dǎo)。 以一個(gè)典型的57層鋼框架．混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系為對(duì)象，進(jìn)行了施工期間的豎向變形分析。在計(jì)算中考慮了混凝土的時(shí)變性、核心筒領(lǐng)先鋼框架施工，以及找平補(bǔ)償?shù)纫蛩?。?jì)算表明，施工結(jié)束時(shí)，彈性變形占到總豎向變

4、形的比例在60％左右，而徐變與收縮大約占40％。找平補(bǔ)償使承重構(gòu)件的累積豎向變形呈現(xiàn)出“項(xiàng)、底部層小，中間部層大”的隨層變化規(guī)律，而不是通常的隨層遞增。外鋼框架柱承擔(dān)大部分豎向荷載，其累積彈性豎向變形要大于核心筒，但混凝土的徐變、收縮減少了豎向變形差異水平。因此，在施工時(shí)讓核心筒先行施工若干樓層以使混凝土的徐變收縮盡早開始發(fā)展，能有效減小受力體系間豎向變形差異。連接核心筒與外鋼框架柱的梁，由于混凝土的徐變收縮造成了梁端支座負(fù)彎矩的變化。

5、對(duì)于連接核心筒一端來說，徐變收縮減小了梁端支座負(fù)彎矩，而對(duì)于連接外鋼框架柱一端則是增加。從整個(gè)結(jié)構(gòu)上看，徐變收縮因素對(duì)結(jié)構(gòu)中間部層梁支座彎矩的影響要比項(xiàng)、底層的大。對(duì)于鋼框架柱，通過計(jì)算對(duì)比討論了不同補(bǔ)償方案對(duì)柱豎向變形的影響。建議可以采用“不等長(zhǎng)度區(qū)段補(bǔ)償法”對(duì)鋼框架柱進(jìn)行找平補(bǔ)償。對(duì)混合結(jié)構(gòu)體系施工期間水平變形的簡(jiǎn)化計(jì)算方法進(jìn)行研究。根據(jù)施工特點(diǎn)，將混合結(jié)構(gòu)體系分為“懸臂部分”與“完整部分”，根據(jù)鋼框架與核心筒協(xié)同工作原理建立了平面

6、簡(jiǎn)化模型并獲得解析解。為了手算應(yīng)用，將計(jì)算過程中所需的數(shù)據(jù)制成了圖表便于查找。通過與三維有限元模型的計(jì)算對(duì)比，驗(yàn)證了簡(jiǎn)化計(jì)算方法的可靠性。計(jì)算表明，核心筒領(lǐng)先施工層數(shù)越多，結(jié)構(gòu)體系的水平變形越大。 對(duì)控制結(jié)構(gòu)體系施工期間變形的施工方案和措施進(jìn)行了研究。提出了以控制高層混合結(jié)構(gòu)體系施工期間水平變形為目標(biāo)的確定核心筒領(lǐng)先施工層數(shù)的方法。鋼框架梁的二次施工，可以在豎向變形差異隨施工進(jìn)程發(fā)展到某個(gè)極小值后進(jìn)行，從而最大限度地減小豎向變形