钢框架-钢筋混凝土核心筒混合体系在竖向荷载下,由于各构件轴向应力的差异以及混凝土不可避免的收缩和徐变效应,钢柱与筒体之间存在不可忽略的竖向变形差异。虽然目前国内外对于混凝土收缩徐变性质的讨论已经由来已久,且已经出现了分析桥梁施工过程中考虑混凝土收缩徐变效应的多种软件,但是直接针对钢框架-钢筋混凝土核心筒混合体系竖向变形差问题的研究尚停留在起步阶段,不够深入和全面。为此,2004年国家科研院所技术开发研究专项资金资助了本文研究钢框架-混凝土核心筒混合结构竖向变形差问题,主要研究内容如下:本文在徐变基本理论的基础上,引入时间因子,推导了徐变作用下应变-应力基本方程和位移法基本方程,并进一步导出了用增量法形式表达的考虑施工过程的徐变效应位移法分析计算公式,介绍了用以上方法进行有限元分析的具体步骤。此外,通过将徐变公式拟合成指定形式以实现递推计算模式,减小了计算数据存储量,更有利于大型结构的数值计算。本文按照上述方法和步骤,编制了重力荷载作用下考虑混凝土收缩和徐变效应分析的有限元程序CSASRC。计算截止时间分为截至结构施工完毕时和截至结构施工完毕3年后两种情况,以考虑计算时间长短对分析结果的影响。为了计算和比较结构在不同湿度以及施工条件下的收缩徐变效应,程序CSASRC提供了几个可以手动控制的技术参数,分别是:环境相对湿度RH、混凝土开始收缩的龄期ts、结构每层施工的天数sday和结构混凝土部分相对于钢结构部分提前施工的层数spre。此外,程序CSASRC还提供徐变计算公式的选择:JTG D62-2004徐变公式或者JTJ023-85徐变计算公式。本文设计了3组(每组分为30层和60层2个计算模型)不同平面布置的钢框架-钢筋混凝土核心筒混合体系计算模型,并用有限元程序CSASRC进行了详细计算,比较了结构平面布置、楼层数量、环境湿度和施工方案等因素对体系竖向变形差和构件内力的影响。研究结果显示,按照我国04桥规和85桥规提供的混凝土收缩徐变计算公式进行计算,其结果是基本一致的。柱筒竖向刚度差异越小,柱筒之间的连系梁越多或者连系梁刚度越大,柱筒之间的竖向变形差越小。钢柱累积缩短值大于筒体累积缩短值的楼层一般出现在结构中部,其差值最大可达到20mm。环境湿度的减小将使柱筒竖向变形差急剧减小;当层施工天数减少和混凝土部分提前施工的层数增多时,柱筒竖向变形差会略有加大。当考虑截至施工完毕3年后的混凝土收缩徐变时,结构顶部的筒体累积缩短值将可能超过钢柱的累积缩短值,其差值最大可达13mm。柱间竖向变形差远小于柱筒之间的竖向变形差,中柱的缩短一般多于边柱。对于钢柱内力,一般情况下,截至施工完毕时,钢柱轴力的增加比例可达10%;截至施工完毕3年后,钢柱轴力的增加比例可达30%。一般情况下,在考虑混凝土的收缩徐变后,筒体的轴压力是减小的。截至施工完毕3年后,绝大部分楼层筒体的轴压力减小,但在顶部楼层,筒体的轴力有可能变为拉力。受混凝土收缩徐变影响最大的钢梁出现于楼层累积竖向变形差最大的楼层,各钢梁弯矩的方向有可能反向。本文提出了若干基于有效弹性模量法的简化计算方法,并通过比较它们与前述精确方法的算例分析结果,探讨了简化方法对于收缩徐变分析的可行性与适用性。研究结果表明,除了采用整体模型、同时一次性考虑竖向荷载和混凝土收缩徐变的简化方法对精确方法的计算结果有一定参考价值外,其余简化方法基本不能作为考虑结构施工过程和混凝土收缩徐变的竖向变形差问题的计算依据。本文介绍了工程中对高层建筑竖向变形差进行补偿的各种具体方法,并采用以上方法对结构实施补偿计算,以验证补偿措施对结构使用性能的改善效果。研究发现,楼层组优化补偿方案,既能保证补偿的优化和精度,又实施方便,是一种比较合理的补偿方案。按照楼层组优化补偿的思路,本文提出了各计算模型的补偿建议值表格。