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近年来,国内外建设的大量高层和超高层建筑越来越多地采用了混合结构体系,它是一种能够充分发挥不同材料特性和不同结构性能的结构体系。但是,混合结构的一个突出问题是结构竖向构件间的竖向变形差。对于超静定结构,这种竖向变形差会引起结构的内力重分布,对结构的受力性能产生一定的影响。目前规范对这方面的计算尚没有明确的规定,有待进一步研究。
本文以钢管混凝土框架一钢筋混凝土核心筒体系为研究对象,推导了一次加载、近似模拟施工加载、标准模拟施工加载三种方法下结构竖向变形的计算公式,并对比分析了三种施工计算方法下的竖向变形差值以及结构内力。结果分析表明,三种方法算出的结构变形差及内力有明显差异。论证了标准模拟施工方法符合工程实际情况,是高层建筑结构考虑竖向变形差时内力分析的首选方案;一次加载方式不适合用于高层混合结构内力分析;近似模拟施工方法可有条件地用于结构竖向变形和内力的计算,对于层数较高的混合结构应复核连接柱筒之间的框架梁近墙端的抗剪承载力和跨中的抗弯承载力。
此外,论文研究了混凝土的徐变、收缩、建筑物室内外温差等因素对结构竖向变形的影响。针对现有研究都未考虑水平荷载的现状,首次将水平荷载与竖向荷载组合,利用有限元分析软件SAP2000,在精确模拟施工计算方法下,计算了考虑以上因素的结构竖向变形量、竖向变形差以及框架梁的附加内力,计算结果表明,弹性压缩、徐变收缩及结构温度差对结构的竖向变形、变形差和附加内力均有各自的影响特点:
(1)考虑弹性压缩以及混凝土收缩徐变时,结构竖向变形、变形差、附加内力都随楼层增加先增后减;考虑变形差后,框架梁近柱端剪力和弯矩减小了,近墙端剪力和跨中弯矩增大了。
(2)考虑温度因素后,结构的竖向变形差发生了很大变化,由此引起梁附加内力也发生了较大变化,对框架梁内力的调整作用更加明显。
(3)考虑水平荷载组合后,结构竖向变形差变化很小,附加内力对框架梁内力的调整作用仍然较大,尤其是对近墙端剪力和跨中弯矩的影响较大。
本文在对结构变形差及附加内力分析的基础上,从材料、结构设计和施工三方面着手,对竖向变形差的控制措施进行探讨并提出了一些相关建议。