津湾广场9#楼超高层混合结构竖向变形差研究

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随着城市化的发展,超高层建筑因为高容积率得以迅速发展,这其中,钢框架-混凝土核心筒体系以钢框架承担主要竖向荷载,以混凝土剪力墙承担主要水平推力,在国内得到广泛应用。津湾广场9#楼正是此类结构的一个代表,它的剪力墙核心筒部分采用了钢筋混凝土材料,外框架部分则采用了矩形钢管混凝土柱和工字钢梁。在竖向荷载作用下,钢管混凝土柱分担了大部分荷载,其弹性变形要大于剪力墙。但剪力墙中外露的混凝土存在无法避免的收缩徐变特性,钢管混凝土柱中的核心混凝土固然也有收缩徐变,但是封闭的钢管隔绝了混凝土与外界的湿度交换和碳化反应,高应力下钢管的环向约束也使得核心混凝土处在三轴应力状态,轴向压缩受到限制,因而钢管混凝土柱的收缩徐变值远小于普通混凝土,且差值随着时间在不断发生变化。此外,基础不均匀沉降、日照温差、季节温差等都会引起竖向变形差。当变形差积累到较大程度时,会在水平结构构件中引起附加内力,导致竖向结构应力重分布,水平非结构构件安装困难甚至剪切破坏,竖向非结构构件长度不协调甚至受压屈曲。为研究清楚钢管混凝土-混凝土核心筒结构的竖向变形及变形差特性,本文对津湾广场9#楼进行了全过程精确施工模拟,得到施工过程中结构的变形情况及相邻竖向构件的变形差特征,发现变形呈中间大两边小的趋势;框架柱弹性变形大于核心筒,收缩徐变则小于核心筒;底部楼层框架柱变形大于核心筒,上部楼层核心筒变形大于框架柱。由于大尺寸混凝土及封闭混凝土收缩徐变发展的时间跨度大,本文继续进行了津湾广场9#楼全生命周期(50年)的变形分析,发现在长期使用阶段,收缩徐变在结构封顶~使用10年迅速发展,之后缓慢增长,使用50年时剪力墙变形有1.8倍增长,变形差有5倍增长,钢梁应力有1.75倍增长;变形差曲线逐渐右移,核心筒全楼层变形大于框架柱,曲线由抛物线型逐渐发展至线性。在此基础上,研究了变形差对结构的不利影响并提出控制措施,并对8层转换桁架进行了细化施工模拟,分析桁架安装的影响及桁架固定的时机。
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