高层建筑周边地下室预应力混凝土顶盖设计相关问题的研究

摘要

随着城市建设规模加大和建筑技术的进步，超长地下室结构得到了广泛的应用，与通常尺度的建筑相比，超长结构在间接作用下的开裂问题十分普遍。尤其高层建筑周边的地下室混凝土顶盖更容易开裂。地下室顶盖在温度作用下的变形也会造成高层建筑相邻楼板的开裂，影响高层建筑的正常使用。本文以高层建筑周边地下室顶盖为主要研究对象，通过理论分析和数值模拟进行了系统的研究，研究结论以供类似工程设计参考。
　　(1)引入综合温差的概念，将混凝土的收缩考虑为当量温差后与实际的季节温差叠加，并考虑混凝土构件开裂引起的刚度折减及混凝土徐变的有利影响。提出了拉弯构件的有效轴向刚度的迭代计算方法，在采用弹性有限元结构分析时也可以考虑构件开裂后的刚度折减。
　　(2)探讨了预应力作用的有限元模拟方法，提出了采用等效荷载法模拟预应力竖向作用、实体力筋法模拟预应力轴向作用的混合建模方法。比较了在主楼相邻跨加预应力筋、不加预应力筋和加一半预应力筋三种方案在间接作用下结构的应力和内力分布和特点，分析了主楼相邻跨沉降缝区域不加预应力筋方案的可行性，并探讨了通过在主楼相邻跨和其他跨之间设置错层来释放温度应力的方法。
　　(3)对高层建筑和其周边地下室顶板之间的相互影响进行了研究，分别对主楼所在位置、地下室顶板与主楼一层楼板高差、地下室顶板厚度以及挂梁宽度进行了参数分析。结果表明:①主楼位置越接近地下室顶板的刚度中心，其周边地下室顶板温度应力越小，而当两侧均有主楼时地下室顶板的温度应力最大。②在实际设计中，应避免主楼楼板与地下室顶板在同一水平面，但高差不宜过大，以免引起挂梁过大的扭转变形。③主楼楼板厚度增加时，其轴向拉力增加，但由于截面积也同时增加，所以截面中的平均拉应力反而会减小。在设计过程中，可适当增加与地下室相邻区域的主楼楼板厚度。④设计时，若挂梁因扭转变形过大，可适当增加挂梁的宽度，提高挂梁的刚度。⑤地下室顶板的错层可以释放部分温度应力。
　　(4)将研究成果应用于某住宅一期工程中两栋高层建筑之间的地下室，将现浇空心楼板等效成实心楼板进行有限元建模。考虑顶板开裂导致轴向刚度折减的迭代计算方法，得出了地下室顶板在间接作用下的应力云图，并利用ANSYS软件中“生死单元”的功能对预应力的施工过程进行模拟分析，最后给出了具体的预应力方案及相应的非预应力筋的配筋要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 超长混凝土地下室的裂缝控制

1．2．1 结构性裂缝与非结构性裂缝

1．2．2 超长地下室裂缝控制的意义

1．2．3 裂缝控制的方法

1．3 超长混凝土结构在地下室工程中的应用

1．4 国内外的研究现状

1．5 问题的提出及研究意义

1．6 本文的主要研究内容

1．7 技术路线

第二章 间接作用下地下室顶盖的内力分析

2．1 引言

2．2 混凝土结构温度应力的概念

2．3 混凝土结构的综合温差

2．3．1 温度变化

2．3．2 混凝土收缩当量温差

2．3．3 混凝土徐变的影响

2．4 考虑开裂的混凝土拉弯构件有效轴向刚度

2．4．1 计算假定

2．4．2 构件大、小偏心段的划分

2．4．3 小偏心段

2．4．4 大偏心段

2．4．5 构件的有效轴向刚度

2．4．6 计算分析步骤

2．5 混凝土结构温度内力的计算方法

2．5．1 温度内力的近似计算方法

2．5．2 温度应力的有限元计算

2．5．3 ANSYS软件的应用

2．6 结构温度应力的有限元分析

2．6．1 简化模型的提出

2．6．2 有限元模型的建立

2．6．3 温度效应分析

2．7 本章小结

第三章 地下室顶盖预应力混凝土结构方案分析比较

3．1 引言

3．2 裂缝控制的措施

3．2．1 预应力的作用

3．2．2 后浇带的作用

3．2．3 裂缝控制标准

3．3 预应力作用的有限元模拟方法

3．3．1 等效荷载法模拟预应力作用

3．3．2 实体力筋法模拟预应力作用

3．3．3 实体力筋法与等效荷载相结合的模拟方法

3．4 高层结构相邻跨地下室顶盖预应力布置方案的探讨

3．4．1 有限元模型的建立及分析方法

3．4．2 三种方案的分析及比较

3．4．3 高层结构相邻跨不加预应力筋时的裂缝控制措施

3．5 本章小结

第四章 间接作用下地下室顶盖与高层结构相互影响分析研究

4．1 引言

4．2 主楼位置对地下室顶板的影响分析

4．3 地下室顶板与主楼一层楼板高差的影响分析

4．3．1 模型参数

4．3．2 应力分析

4．3．3 内力分析

4．4 主楼楼板厚度的影响分析

4．4．1 模型参数

4．4．2 应力分析

4．4．3 内力分析

4．5 与地下室顶板相连挂梁尺寸的影响分析

4．5．1 模型参数

4．5．2 应力分析

4．5．3 内力分析

4．6 地下室顶板错层的影响分析

4．6．1 模型参数

4．6．2 地下室顶板错层高差的影响

4．6．3 地下室顶板错层部位梁宽的影响

4．7 本章小结

第五章 研究成果在工程中的应用

5．1 引言

5．2 工程背景

5．3 有限元模型

5．3．1 空心楼板的模拟方法

5．3．2 模型的建立

5．3．3 边界约束条件

5．3．4 综合温差的取值

5．3．5 预应力分段张拉的模拟

5．4 地下室顶盖在间接作用下的应力分析及裂缝控制

5．4．1 考虑混凝土开裂的温度应力分析

5．4．2 裂缝控制

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 建议与展望

参考文献

致谢