巨型框架伸臂核心筒结构竖向构件压缩变形分析.pdf免费

钢结构设计和分析 巨型框架伸臂核心筒结构竖向构件压缩变形分析 张盼盼 鄢兴祥 (同济大学建筑工程系 上海200092) 摘要：本文采用应变增量法，运用B3模型模拟高层建筑荷载逐层施加的实际施工过程，研究了考虑施 工过程，混凝土收缩和徐变影响时，高层混凝土结构构件在竖向荷栽作用下的竖向变形问题．通过工程 算例，计算了构件在楼板施工前后的竖向变形和竖向差异变形，并对其进行了变形补偿分析． 关键词：B3模型，收缩，徐变，竖向缩短，变形补偿 1 前言 混合结构具有综合经济效益好、防灾、防风、抗震及防连续破坏等优越性能，因此在国内外得 到大力发展；但一般混合结构的核心筒采用混凝土材料，外框架采用钢或者含钢率较高的截面形式， 而混凝土材料有收缩和徐变的特性，这将引起结构的竖向变形差异。竖向变形差异对结构构件和非 结构构件均有不利影响，以巨型框架核心筒结构为例，巨柱和核心筒的竖向绝对压缩变形导致幕墙、 隔墙、机电管道和电梯等非结构构件受损，造成耐久性和建筑外观方面的问题。严重时会导致结构 局部失效或者不适于继续使用，必须经过维修加固处理后才能重新投入使用，造成较大的经济损失。 因此，．《高层建筑混凝土结构技术规程》…(JGJ3—2002)第11．2．15条明确规定：竖向荷载作用 计算时，宜考虑柱、墙在施工过程中轴向变形差异的影响，并宜考虑在长期荷载作用下由于钢筋混 凝土简体的徐变收缩对钢梁及柱产生的内力不利影响。 本文采用应变增量法，运用B3模型模拟高层建筑结构逐层形成、荷载逐层施加的实际施工过程， 研究了考虑施工过程、混凝土收缩和徐变影响时，高层混凝土结构在竖向荷载作用下的竖向变形差 异计算问题。 2分析原理 用考虑大体表比构件湿度扩散尺度效应…的B3模型。 2．1 B3模型 B3模型将混凝土的应变分为弹性应变、徐变应变、收缩应变，徐变应变包括基本徐变应变和干 燥徐变应变。 加载时间为f’时常应力作用下的应变 ￡(f)=∞，t‘)仃+％(f) (1) 仃为轴向应力，F(，)应变(仃和g以拉为正)，气收缩应变(体积减小时为负) 随时间变化的收缩应变可以利用极限徐变乘以考虑相对湿度、时间效应以及尺寸效应的相关系 数来表示： 气(f，岛)一‰k^s(t) (2) 150 钢结构2009年增刊 张盼盼，等：巨型框架伸臂核心筒结构竖向构件压缩变形分析 ￡矗为极限收缩应变，‰为湿度影响系数，sO)为收缩随时间变化的函数 本文采用徐变系数反应材料的徐变特征： 徐变系数 烈f，f‘)=E(f‘)J(t，t’)一1 (3) E(t’)加载时间t时的弹性模量 对于由荷载引起的变形，包括弹性变形、基本徐变以及干燥徐变，可以用徐变函数，(f，f’)表示： (4) J(t，t’)=91+CO(f，t’)+Ce(t，t’，to)lO刁 龄期，t表示混凝土加载龄期，to为养护龄期。 2．2配筋率影响 在钢筋混凝土构件中，混凝土的收缩和徐变受到钢筋的约束。构件试验表明，在持续的轴向压 力作用下，钢筋混凝土柱中混凝土部分的应力逐渐降低，而钢筋的应力逐渐增大。混凝土部分承担 的竖向荷载逐渐转移到钢筋。为此，通过钢筋修正系数尺盯考虑钢筋的影响， 如2西1 ‘5’ 0一p1 由混凝土收缩在钢筋中引起的压力P P=￡，A，E，=￡曲如A，E， (6) 其中￡曲为素混凝土截面的收缩应变，A。为钢筋面积，E为钢筋的弹性模量，乞为压力P在 钢筋中引起的应变，夕为配筋率，刀为弹模