大跨度转换层上部结构模拟施工过程的力学分析

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高层建筑层数多、自重大,墙、柱的轴向变形显著,由于结构是超静定的,考虑轴向变形,尤其是构件间存在较大变形差时,必然会在相关构件的控制截面上产生附加内力,在带有转换层的框架-剪力墙和框架核心筒结构中轴向变形差的影响尤为突出。由于支撑在转换层上的柱子比支撑在刚性基础上的柱子和剪力墙的轴向变形大的多,造成的轴向变形差会对结构的内力产生很大的影响。高层建筑结构在施工过程中要进行楼板找平,这种情况与结构刚度一次形成、竖向荷载一次施加的计算方法存在较大差异。因此,《高规》规定,高层建筑进行重力荷载作用效应分析时,柱、墙轴向变形宜考虑施工过程的影响。本文通过建立带有大跨度转换层的框架-剪力墙结构的空间三维分析模型,通过柱长变化的模拟施工方法对其竖向位移以及结构内力进行了分析,并在理论推导的基础上,与用一次加载法和刚度逐层形成、荷载分层施加的方法所得结果进行对比。主要结论有:1、通过本文对带有大跨度转换层的框架-剪力墙结构采用各种加载方式进行计算对比,得到用柱长变化所得结果与用刚度逐层形成、荷载分层施加所得结果相近,验证了本文所提出的通过柱长变化来模拟施工过程方法的合理性。2、对于梁端弯矩:用柱长变化与用刚度逐层形成、荷载分层施加所得梁的弯矩比较接近。用柱长变化所得梁端弯矩与一次加载解有较大差异,特别是在顶层附近。3、用柱长变化的模拟施工方法对转换层上部结构进行分析后,边柱和中柱的轴向变形随着层数的增大都近似呈抛物线形状(在构件截面变化处会有折点)。并且从理论上推导了弹性基础上柱轴向变形的一般表达式。但轴向变形差的最大值出现在转换层上面一层,随着楼层的增大逐步减小。4、对于柱轴力:边柱轴力,用柱长变化所得解在中下部比一次加载解大,在上部比一次加载解小;中柱轴力,用柱长变化所得解比一次加载解大。5、与支撑在刚性基础上的结构相比,相当于上部结构弹性基础的转换层,能明显增大上部竖向构件的竖向位移差,从而增大上部梁、柱的附加弯矩和剪力。
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