高层混合结构考虑施工过程和混凝土徐变收缩影响的分析

摘要

高层钢框架-混凝土核心筒或高层劲性混凝土框架-混凝土核心筒混合结构，是近年来在我国迅速发展的一种新型结构体系。混合结构的一个突出问题是混凝土有徐变收缩的性质，而钢无此性质。随着时间的发展，相邻的钢与混凝土竖向构件将发生显著的竖向变形差，相应的产生较大的附加内力，影响结构的安全性和适用性。论文以国家自然科学基金项目“高层混合结构基本受力特性的研究”为依托，围绕混合结构竖向变形差的计算方法及工程对策等问题，进行了研究，取得了以下成果。 1.首次根据静定结构分别承受常荷载和变荷载时徐变的受力和变形规律，基于力法和龄期调整的有效模量法，提出了超静定结构考虑施工过程和徐变影响的内力分析方法。该法去掉超静定结构中的多余约束，使原结构等效为一个同时承受外荷载、弹性多余力和随时间变化的徐变多余力的静定结构，称为基本结构。对基本结构分别进行承受每种力作用时的徐变分析得到相应的在多余力方向上的位移。根据多余力处的变形协调条件列出并求解力法平衡方程得到徐变多余力。本文还对一个算例进行了徐变分析，得出各相关因素对结构受力的影响。 2.首次提出了徐变效应的位移法分析方法。位移法分析超静定结构徐变效应的关键是求单元的徐变固端力。本文根据徐变分析的力法和虚功原理，推导出杆系结构一次加载的单元徐变固端力计算公式，发现单元的徐变固端力是杆件的徐变系数和弹性杆端力的函数。根据推导出的公式，用F0RTR州语言编制了结构徐变分析的位移法计算机程序，并对一个框架算例进行了徐变分析。结果表明，结构各部分的浇筑时间差和持荷时间对结构的受力和变形影响很大。 3.分析了目前高层建筑竖向荷载作用效应分析常用方法的缺限。考虑高层建筑结构施工过程中荷载逐层施加和施工平差的实际情况，提出了高层建筑结构较为精确的模拟施工过程的计算方法，并编制了相应的FORTRAN程序。应用该程序对高层框架和高层混合结构算例进行了分析，并与其他分析方法的计算结果进行了比较。 4.以精确模拟施工过程法和徐变分析的位移法为基础，推导了高层建筑结构逐层施工逐层加载并考虑混凝土徐变和收缩影响时的有限元计算公式。 5．首次根据线性徐变和迭加原理，采用ACI规范推荐的徐变和收缩计算公式，提出了钢筋混凝土轴压构件分批加载的变形计算简化方法。根据龄期调整的有效模量法，推导了配筋率对构件的徐变收缩变形影响的计算公式。 6.以上述钢筋混凝土轴压构件分批加载的变形计算方法为基础，考虑实际的施工情况，首次推导了高层建筑结构考虑施工过程和混凝土的徐变收缩影响的实用分析方法。应用该方法可以方便快捷的估算高层混合结构的徐变收缩竖向变形和变形差，且该法可以考虑施工速度、环境湿度、构件尺寸、构件配筋率和核心筒超前外钢框架施工等因素的影响。应用本文提出的方法对一高层框架结构和一高层混合结构算例分别进行了考虑施工过程和混凝土徐变收缩影响的竖向荷载效应分析。根据计算结果，从材料、结构设计和工程施工等方面提出了有效减小混合结构竖向变形差的工程措施。

目录

文摘

英文文摘

湖南大学学位论文原创性声明及版权使用授权书

第1章绪论

1.1高层建筑

1.1.1高层建筑的定义

1.1.2高层建筑的发展

1.1.3发展高层建筑的的意义

1.2混合结构

1.2.1混合结构的定义

1.2.2混合结构的特点

1.2.3混合结构发展简况

1.3混合结构的研究现状和问题的提出

1.4本文研究目的和内容

第2章混凝土徐变和收缩的理论基础和研究现状

2.1混凝土的徐变

2.1.1混凝土徐变的定义

2.1.2混凝土产生徐变的机理

2.1.3混凝土徐变的影响因素

2.1.4混凝土徐变的理论模型

2.1.5常荷载作用下混凝土徐变的计算公式

2.1.6变荷载作用下混凝土徐变的计算方法

2.2混凝土的收缩

2.2.1混凝土收缩的定义

2.2.2混凝土收缩的影响因素

2.2.3凝土收缩的数学表达式

2.2.4混凝土收缩的计算公式

2.3混凝土徐变和收缩特性的研究现状

2.4本章小结

第3章徐变效应的分析方法

3.1概述

3.2徐变效应的力法分析方法

3.2.1静定结构徐变的两个基本性质

3.2.2力法

3.2.3算例分析

3.3徐变效应的位移分析法

3.3.1位移法

3.3.2徐变固端力

3.3.3算例分析

3.4本章小结

第4章高层建筑结构施工过程的模拟

4.1概述

4.2高层建筑结构竖向荷载效应计算方法

4.2.1一次加载法

4.2.2近似模拟施工过程方法

4.2.3精确模拟施工过程方法

4.3高层框架算例分析

4.3.1框架算例概况

4.3.2计算方案

4.3.3梁端弯矩的比较和分析

4.3.4柱端弯矩的比较和分析

4.3.5柱轴力的比较和分析

4.3.6楼层竖向位移的比较和分析

4.3.7楼层竖向位移差的比较和分析

4.4高层混合结构算例分析

4.4.1混合结构算例概况

4.4.2计算方案

4.4.3梁端弯矩的比较

4.4.4柱和剪力墙轴力的比较

4.4.5竖向位移和位移差的比较

4.5本章小结

第5章高层混合结构考虑施工过程和混凝土徐变收缩影响的分析

5.1引言

5.2考虑施工过程和混凝土徐变收缩影响的有限元法

5.2.1施工过程和混凝土徐变收缩影响的考虑方法

5.2.2有限元法

5.3考虑施工过程和混凝土徐变收缩影响的实用分析方法

5.3.1混凝土的徐变收缩对高层建筑结构的影响分析

5.3.2钢筋混凝土轴压构件分批加载时徐变收缩分析的简化方法

5.3.3高层建筑各楼层柱和剪力墙徐变收缩竖向位移的确定

5.3.4徐变收缩竖向变形差对水平构件的影响

5.3.5算例分析

5.4混合结构核心筒超前施工的影响

5.4.1各楼层柱和剪力墙徐变收缩竖向位移的确定

5.4.2算例分析

5.5混合结构竖向变形差的工程对策

5.5.1材料方面

5.5.2设计方面

5.5.3施工方面

5.6本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢