混凝土核心筒与外钢框架施工误差的产生机理与控制技术研究

摘要

高层建筑中常采用混凝土核心筒-外钢框架结构。它充分发挥了钢材和混凝土各自的优点，受力合理，且施工速度快，经济效益明显。但是随着结构高度的增加，由于两种材料材性的不同，应力水平和变形性能不同，以及混凝土的徐变收缩等因素，都会导致两种结构之间由于竖向变形差异引起的施工误差，从而影响结构的安全性能和受力性能。
　　 对于结构整体施工误差的控制，我国现行规范中没有明确规定，实际工程中通常也是由经验控制。本文从施工误差的产生机理出发，逐一分析了施工误差的产生原因、产生过程及其影响因素，包括混凝土核心筒的徐变收缩、外钢框架的弹性压缩变形、钢构件制作误差和焊接工艺等，得出施工误差给结构带来的不利影响。
　　 利用ANSYS有限元程序进行建模计算，区分一次加载法和精确模拟施工过程法对于变形计算结论的不同，一次加载法的最大竖向变形差出现在顶层附近，而精确模拟施工过程法的最大竖向竖向变形差出现在中间层附近。从具体施工过程出发，考虑在施工过程中每一层找平补偿的影响，对比三种不同层数的模型在竖向荷载作用下的竖向变形差异，得出结构的累积竖向变形呈现“底部和顶部楼层小，中间楼层大”的结论，同时得出钢柱沿高度方向的应变趋势以及不同楼层的钢柱在加载过程中的应变变化规律。
　　 由于竖向变形差的大小与多重因素有关，本文对混凝土核心筒的徐变和收缩、核心筒的配筋率、核心筒的超前施工、外钢框架的制作和焊接工艺、地基不均匀沉降等因素逐一展开定量分析，选取了预测混凝土徐变精度较高的CEB-FIPMC90计算模型和预测收缩精度较高的ACI-209计算模型，并与ANSYS有限元计算结果进行对比，得出各影响因素的变化规律，为施工误差的控制技术研究提供了理论依据和参考。
　　 在理论计算的基础上，结合实际工程情况，从建筑材料、结构设计、施工工艺和施工期间变形监测方面提出对混凝土核心筒-外钢框架结构施工误差的控制方法和施工建议。这不仅对结构设计和施工质量关系密切，而且给施工误差的控制提供了相应的参考。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 本课题研究的现状

1.2.1 当前存在的问题

1.2.2 当前国内外研究现状

1.3 本课题的研究意义

1.4 本课题研究的主要内容

1.5 本文研究方法和创新点

1.6 本章小结

第二章 施工误差的产生机理

2.1 施工误差概述

2.2 产生施工误差的原因

2.3 高层混合结构中混凝土徐变的机理

2.3.1 徐变的机理

2.3.2 徐变的影响因素

2.4 高层混合结构中混凝土收缩的机理

2.4.1 收缩的机理

2.4.2 收缩的影响因素

2.4.3 徐变和收缩在高层混合结构中的表现

2.5 钢框架制作工艺误差的机理

2.6 施工误差对结构产生的不利影响

2.7 本章小结

第三章 混凝土核心筒与钢框架有限元模拟分析

3.1 模型分析思路

3.1.1 一次加载法

3.1.2 近似模拟施工过程法

3.1.3 精确模拟施工过程法

3.1.4 本文ANSYS模拟计算

3.2 建立有限元模型

3.2.1 单元的选择

3.2.2 建模分析

3.2.3 对于混凝土徐变和收缩的模拟

3.3 模型计算云图

3.4 输出结果分析

3.5 本章小结

第四章 主要影响因素的定量分析

4.1 轴力作用下的竖向变形理论值

4.1.1 按精确模拟施工过程法

4.1.2 按一次加载法

4.1.3 理论分析值的结论

4.2 混凝土核心筒徐变和收缩影响

4.2.1 徐变的计算

4.2.2 收缩的计算

4.2.3 徐变和收缩引起的施工误差

4.3 钢构件制作误差和焊接工艺的影响

4.4 核心筒超前施工的影响

4.5 核心筒配筋率的影响

4.6 地基不均匀沉降的影响

4.7 本章小结

第五章 误差控制技术研究

5.1 建筑材料措施

5.2 结构设计措施

5.3 施工工艺措施

5.4 施工期间变形监测

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文