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超长高层钢管混凝土结构温度作用分析

侯晓英  
【摘要】: 目前超长高层建筑日见增多,由于功能以及使用上的需要,要求不设或少设伸缩缝,结构设计规范对现浇框架结构不设伸缩缝的最大间距的规定常常被突破,这就需要考虑温度对结构的影响。目前,国内外对结构温度问题已经开展了一系列研究,主要有两种处理方法,一是构造上处理,另一是通过计算解决。本文主要考虑采用后者,同时结合实际工程中采用钢管混凝土柱的特点进行分析研究。 本文对偏压钢管混凝土柱在各种规程下的偏压承载力计算,进行对比分析,以便工程设计人员在设计时参考。同时,本文采用有限元分析方法,研究超长结构在多种温度工况作用下的温度效应,并分析了几种对比模型,得出了一些新的研究成果,同时也发现了需要进一步研究的问题。 二 对钢管混凝土柱偏心受压承载力的计算方法的分析研究 钢管混凝土柱是解决高层建筑中“胖柱”问题的关键,但有关钢管混凝土高层建筑工作特性问题,目前国内外的研究并不多。我国钢管混凝土柱的承载力的计算规程主要有三本,本文依据我国现行的三本规程计算钢管混凝土柱的偏压承载力,对计算结果进行了比较分析,同时,对计算方法进行了简要分析。计算结果表明:对于短柱,按三本规程计算的承载力结果较为离散,最大相差37.7%;对于中等及较大长细比柱,三本规程下的计算结果较为接近,但随偏心距的减小,三者的计算结果相差增大;我国目前的三本规程所给出的计算理论和计算结果都有很大差别。这些差别会造成实用上的困难。 三 温度对于超长高层结构影响的整体分析 运用有限元方法计算超长高层建筑结构的温度应力,对超长高层建筑结构进行整体温度效应分析,发挥了有限元方法计算能力强、精度高、适用范围广的特点,克服了简化手算方法误差较大、构件局部计算缺乏结构整体性等不足。本文以超长高层建筑整体结构为研究对象,采用国际通用的大型结构分析程序Super SAP93对超长高层建筑结构进行有限元离散,结构的梁和柱采用空间梁单元模型,楼板和剪力墙以及筒体结构采用空间板单元模型,建立实用的超长高层建筑结构整体结构分析模型。结合郑州某工程实 郑州大学硕士学位论文摘要 际情况,完善了温度作用和温差取值的计算原则,分阶段分类型地对各种可能出现的温 度作用进行了计算,总结出一套计算结构水平温差的表达式,为今后工程设计人员考虑 温度作用提供了计算方法。 四 实际工程结构在温度作用下的分析研究 、本文以郑州第二长途电信枢纽工程为计算实例,采用通用有限元程序h盯hp93 计算了该超长高层建筑整体结构在各种温度工况下的温度效应,探讨其不利工况。通过 对比模型分析,探讨了钢管混凝土柱对结构温度内力的影响,及楼板厚度对结构温度内 力产影响,并分析了结构竖向高度的改变对结构温度内力的影响。结果表明,使用钢管 混凝土柱使柱内力增大,使板应力顶部几层明显降低,梁内力稍稍增大;增大底层楼板 厚度,可使底层楼板应力减小,但梁柱内力稍稍增大。给出了超长高层建筑结构在各种 温度作用下温度变形、温度内力(应力)的数值范围、分布状况及在对比模型中各构件 中温度内力、变形的变化情况,从中找出减小结构温度内力的方法。并分祈了不同竖向 高度的结构温度内力特点及钢管混凝土结构应用高层建筑结构度影响,计算了最不利工 况下,温度作用产生的柱端弯矩对钢管混凝土柱承载力的影响。这些研究成果对超长高 层建筑结构具有一定的实际意义,可供超长高层建筑结构设计参考。 五 结论 通过对所设计的七种温度工况进行计算和分析,找出了该建筑在温度作用下的最不 利工况一工况4,并得出以下结论: l、温度变形 不论建筑上作用何种温度工况,温度变形总是遵循建筑底部变形较小,随着向建筑 上部发展变形逐步增大,并在顶部达到位移极值的这一普遍规律。 2.温度内力或应力 柱子是框架部分的竖向承力构件,由于建筑上部不受外界约束,沿着建筑的高度方 向柱子可以自由的热胀冷缩,因此在温度作用下柱于的轴力较小,这一点与梁有本质差 别。柱子的温度内力主要体现在底部两层弯矩方面,因为柱子对梁的水平轴向伸缩起着 约束作用,故当梁的温度变形受到柱子的制约时,梁端和柱端都会产生弯矩。 温度作用下梁内的温度内力包括轴向力(压力或拉力)以及绕截面强轴的弯矩。由 各种温度工况引起的梁水平轴力均是在建筑底层出现最大值,且最大值位置一般发生在 t 郑州大学硕士学位


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