超高层钢-混凝土组合框-筒结构施工过程力学性能研究

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近年来,我国超高层结构的建设进入快速增长时期,在超高层钢-混凝土组合框筒结构体系中,钢框架主要承担竖向荷载,核心筒能够承担大部分的水平荷载,两者结合可以充分发挥钢结构的轻质和混凝土抗侧刚度大的特点,在超高层建筑中得到广泛应用。为了协调钢结构和混凝土两种材料之间的弹性模量差、收缩和徐变变形对结构内力的影响,保证结构在施工过程中的安全性,并使结构在竣工阶段达到设计初始状态的要求,有必要对超高层钢-混凝土框架核心筒结构在施工过程中的变形和内力进行分析,并探讨合理的施工方案。本文以珠海铁建大厦为工程背景,对超高层混合结构进行模拟分析和力学过程研究,并对超高层钢混组合框筒结构施工过程中的一些影响因素进行探讨,深入分析了该建筑物结构特点以及施工力学的理论机理,具体研究过程如下:(1)根据施工力学理论,分析了珠海铁建大厦项目在施工过程中,影响结构内力及变形等各种时变特性,为后续研究提供了理论基础。(2)采用有限元软件Midas/Gen建立了铁建大厦的力学模型,分析了外框架与核心筒之间的竖向受力特点,并分析了各结构构件施工过程中的受力影响因素。(3)得出混凝土核心筒的收缩徐变在大部分楼层的竖向总变形中占比均在30%-40%,在施工过程中必须重点考虑。忽略收缩徐变影响,一次加载法中外框架柱与内筒的竖向变形与楼体高度成正比,变形最大发生在楼层顶部位置;在施工阶段模拟法中,外框架柱与内筒的竖向变形主要集中在中部楼层,顶层和底层都比较小,外框架与内筒之间的竖向位移差随施工的进行表现出先增大后减小的特点。(4)施工时应选择合适的超前层数,减小内外变形差;位移差、水平梁的刚度与跨度影响梁的附加弯矩,对于一些梁的附加弯矩,这种影响更为显著。通过上述研究,得到主要结论如下:在铁建大厦的施工过程中,外框架和内部核心筒都会产生较大的变形,而且二者由于材料性质的不同会产生变形差。但是其力学特点受多方面影响,混凝土收缩徐变会加大框架柱的变形量,但是其在减小外框架与内部核心筒的变形差中有时反而会起正向作用。由于构件的竖向变形的影响,使其产生了一定的附加内力,比如梁端附加弯矩等,定量计算了构件附加内力的大小,且其结果在规范规定的限值之内,满足结构的安全性要求。
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