高层混合结构施工过程影响与动力性能研究

论文摘要

高层钢框架-混凝土核心筒或高层劲性混凝土框架-混凝土核心筒混合结构,是近年来在我国迅速发展的一种新型结构体系。对于高层混合结构的混凝土徐变收缩问题和结构抗震性能的研究,是一项很重要的内容。论文以国家自然科学基金项目“高层混合结构基本受力特性的研究”为依托,围绕混凝土的收缩徐变和结构的抗震性能等问题,进行了深入研究,取得了以下成果。1.分析了目前高层建筑竖向荷载作用效应分析常用方法的缺限。考虑高层建筑结构施工过程中荷载逐层施加和施工平差的实际情况,提出了高层建筑结构较为精确的模拟施工过程的计算方法,并编制了相应的FORTRAN程序。应用该程序对高层框架和高层混合结构算例进行了分析,并与其他分析方法的计算结果进行了比较。2.首次根据线性徐变和迭加原理,采用ACI规范推荐的徐变和收缩计算公式,提出了钢筋混凝土轴压构件分批加载的变形计算简化方法。根据龄期调整的有效模量法,推导了配筋率对构件的徐变收缩变形影响的计算公式。3.以上述钢筋混凝土轴压构件分批加载的变形计算方法为基础,考虑实际的施工情况,首次提出了高层建筑结构考虑施工过程和混凝土的徐变收缩影响的实用分析方法。应用该方法可以方便快捷的估算高层混合结构的徐变收缩竖向变形和变形差,且该法可以考虑施工速度、环境湿度、构件尺寸、构件配筋率和核心筒超前外钢框架施工等因素的影响。应用本文提出的方法对一高层框架结构和一高层混合结构算例分别进行了考虑施工过程和混凝土徐变收缩影响的竖向荷载效应分析。根据计算结果,从材料、结构设计和工程施工等方面提出了有效减小混合结构竖向变形差的工程措施。4.在高层混合结构静力推覆分析中,高阶振型对于结构的分析结果影响往往不可忽略。本文将模态推覆分析方法与自适用的加载方式相结合,提出了一种改进的多模态静力推覆分析方法。该方法同时考虑了高阶振型以及加载时程的影响。运用模态推覆分析将多自由度体系解耦成每阶模态的单自由度体系,对于每阶模态下的推覆分析,当结果进入塑性阶段后,采用自适用的加载方式,得到每阶模态下结果的反应。5.在多模态静力推覆分析方法的基础上,对于每阶模态下的位移需求,提出了应用改进能力谱方法求得结果需求的一般步骤,并首次将能力谱方法应用到混合结果抗震性能的评估中,对不同高度的混合结构进行了抗震性能的能力需求分析。6.对本人设计的一高层混合结构进行了考虑施工过程、混凝土徐变收缩、弹塑性动力时程分析和静力推覆分析与对比。算例结果表明本文的分析方法是可靠的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 混合结构
• 1.1.1 混合结构的定义
• 1.1.2 混合结构的特点
• 1.2 混合结构的工程应用
• 1.3 混合结构的研究历史及现状
• 1.3.1 混合结构的收缩和徐变研究
• 1.3.2 结构抗震分析方法研究
• 1.3.3 混合结构的抗震性能研究
• 1.3.4 混合结构研究展望
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 混凝土徐变和收缩的理论基础
• 2.1 混凝土的徐变
• 2.1.1 混凝土徐变的定义
• 2.1.2 混凝土产生徐变的机理
• 2.1.3 混凝土徐变的影响因素
• 2.1.4 常荷载作用下混凝土徐变的计算公式
• 2.1.5 变荷载作用下混凝土徐变的计算方法
• 2.2 混凝土的收缩
• 2.2.1 混凝土收缩的定义
• 2.2.2 混凝土收缩的影响因素
• 2.3 混凝土徐变和收缩特性的研究现状
• 2.4 本章小结
• 第3章 高层混合结构考虑施工过程的受力分析
• 3.1 引言
• 3.2 高层建筑结构模拟施工过程的分析方法
• 3.2.1 一次加载法
• 3.2.2 近似模拟施工过程方法
• 3.2.3 精确模拟施工过程方法
• 3.2.4 模拟施工过程的算例分析
• 3.3 高层建筑结构竖向构件的徐变和收缩分析
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 徐变应变的计算
• 3.3.3 收缩应变的计算
• 3.3.4 配筋率对钢筋混凝土截面徐变收缩的影响
• 3.4 高层建筑各楼层柱和剪力墙徐变收缩竖向位移的确定
• c1的计算'>3.4.1 Δ_c1的计算
• c2的计算'>3.4.2 Δ_c2的计算
• sh的计算'>3.4.3 Δ_sh的计算
• 3.4.4 配筋率的影响
• 3.4.5 徐变收缩竖向变形差对水平构件的影响
• 3.5 混合结构核心筒超前施工的影响
• c1的计算'>3.5.1 Δ_c1的计算
• c2的计算'>3.5.2 Δ_c2的计算
• sh的计算'>3.5.3 Δ_sh的计算
• c1和 Δ_c2的简化计算'>3.5.4 Δ_c1和 Δ_c2的简化计算
• 3.6 算例分析
• 3.6.1 柱子和剪力墙的轴力
• 3.6.2 不考虑徐变和收缩影响时,竖向位移和位移差的比较
• 3.6.3 考虑施工过程、徐变和收缩影响时,竖向位移和位移差的比较
• 3.7 混合结构竖向变形差的工程对策
• 3.7.1 材料方面
• 3.7.2 设计方面
• 3.7.3 施工方面
• 3.8 本章小结
• 第4章 混合结构的静力推覆分析
• 4.1 概述
• 4.2 模态静力推覆分析
• 4.2.1 多模态静力推覆分析
• 4.2.2 等效单自由度体系的建立
• 4.2.3 侧向力的加载方式
• 4.2.4 目标位移的确定
• 4.3 能力需求谱法
• 4.3.1 等效线弹性体系分析（ATC‐40 规范）
• 4.3.2 抗震性能评估能力谱法的步骤
• 4.3.3 等延性非弹性能力谱法
• 4.3.4 等延性非弹性能力谱法的应用步骤
• 4.4 混合结构体系的静力推覆分析
• 4.5 本章小节
• 第5章 混合结构工程设计实例
• 5.1 概述
• 5.2 工程概况
• 5.3 结构设计
• 5.3.1 本工程结构设计需要注意的问题及结构选型
• 5.3.2 混合结构设计计算
• 5.3.3 弹塑性时程分析
• 5.3.4 非线性静力推覆分析
• 5.3.5 考虑施工过程和混凝土徐变收缩影响的分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录