高层钢框架-混凝土核心筒混合结构施工期竖向变形分析与监测

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近年来,高层建筑得到了广泛的发展,越来越多的超高层建筑采用了钢框架-混凝土核心筒混合结构。伴随着建筑高度的不断攀升,竖向变形及其差异对混合结构体系的影响也越来越大。这一问题不仅关系到结构施工过程中的方案制定以及质量控制,还影响到结构自身安全,现已逐渐引起结构工程师的关注。因此,对大型复杂超高层混合结构进行施工模拟分析和施工监测是很有必要的。本文以某56层钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构为对象,进行了施工模拟分析及关键受力构件的施工全过程应力应变监测。在分析时考虑了加载方式、混凝土时变特性、筒体超前施工、施工速度以及施工荷载等因素对结构竖向变形及变形差异的影响。分析表明,不考虑施工找平时,结构累积竖向变形呈现出逐层递增的趋势,在顶层达到最大,进行施工找平后,累积竖向变形“底层和顶层小,中间层大”;考察施工期间结构累积竖向变形的组成,弹性变形>徐变>收缩,施工结束时,混凝土核心筒各变形成分占总变形的比例,弹性变形在62%左右,而徐变变形约占30%,收缩变形约占8%;核心筒超前施工层数越多,徐变收缩发展越充分,墙体竖向位移越大,但这一因素对框架柱的影响恰好相反;荷载的增加在柱子中产生的变形效应更甚于剪力墙,楼板活荷载每增加2kN/m2,墙、柱的竖向位移便会分别增加约10%和20%;核心筒混凝土的徐变收缩会引起柱轴力的少量增加。监测结果记录了结构构件在施工过程中的应变发展过程,实测和模拟结果规律性一致,但两者之间的差异较大。实际上,CEB-FIP90收缩徐变预测模型严重低估了混凝土的变形能力,SAP2000对于混合结构施工期变形的模拟精度较差。本文还根据研究对象的结构特点和施工特点,提出了针对竖向构件变形补偿的建议,并且根据下部监测楼层的应变发展情况,引入对模拟变形值的修正系数λ和ε0,最终提出了用于实际工程施工的各楼层修正后的补偿值(?)’。最后从设计和施工两个方面简要介绍了控制结构竖向变形差的一些措施。总结本文的创新之处,主要为以下三点:①作者对实体工程进行了最久长达18个月的施工期监测,研究工作从结构实测与模拟分析两方面入手,以往的研究过分注重软件模拟方法的探讨,对真实结构做实测研究的很少,因此难以获知相关模拟方法的准确性;②本文首次通过实测表明建造期梁端的受力变化是如何受到混凝土墙体收缩徐变与结构荷载变形影响的;③论文提出了一种修正后的竖向变形补偿方法,即根据下部监测楼层的应变发展情况对变形模拟值进行修正。
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