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随着高层建筑的发展和建筑高度的不断增高,钢框架——混凝土核心筒结构体系的竖向变形差问题逐渐凸显出来。这种竖向变形差不但引起结构内力重分布、产生附加内力,还将导致构件倾斜、墙体开裂。加强层作为增加结构刚度、减少结构水平位移的有效手段被广泛用于框架——核心筒结构,同时被发现有减少结构竖向变形差的作用,但加强层对结构竖向变形差控制的效果如何还鲜有研究和报道,本文基于此开展加强层对高层结构竖向变形差及内力的研究。
本文首先阐述了施工模拟加载方法的基本原理及其与一次加载方法的区别,并分别采用这两种方法建模计算分析了结构竖向变形差及内力,得到了施工模拟加载方法更适合计算高层建筑结构竖向变形和内力的结论。
其次,本文运用三维有限元分析软件SAP2000对典型的框架——核心筒结构的竖向变形差和内力进行研究。分析过程中,考虑了混凝土材料的徐变收缩和结构构件在实际建造过程中的施工调整措施,通过改变加强层的位置、数量、刚度及是否控制加强层用钢量来分析各项因素对结构竖向变形差以及附加内力的影响。
最后,本文探讨了施工速度、温度差异以及框架梁与核心筒连接方式对结构竖向变形差的影响。并从材料、结构设计、施工以及变形监测四方面对竖向变形差的控制措施进行论证并提出了相关建议。
本文主要结论如下:
(1)由于竖向变形差的影响,框架梁近柱端的弯矩和剪力有所减小,近墙端的剪力和跨中弯矩有所增加,加强层可以减小竖向变形差以及由变形差引起的附加内力。
(2)当仅设置——道加强层时,宜将加强层设置在结构2H/3处附近:设置多道加强层时,加强层对竖向变形差的控制效果将随加强层数量的增加而逐渐平稳;增大加强层刚度对结构竖向变形差的减小效果不明显。
(3)高层建筑施工速度对带加强层高层结构的变形差影响很小,一般可以忽略。
(4)合理设置加强层可以极大减小由温度差异引起的竖向变形差。
(5)采用梁——核心筒刚接的形式,可使结构内外构件竖向变形差明显减小,并且梁——核心筒的刚性连接对结构完工后变形差发展能起到较好的控制效果。