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摘要：混凝土结构在受拉、受压、受弯时都会产生徐变，并且最终趋于恒定，本文采用Midas gen软件考虑混凝土的收缩、徐变和施工顺序，分析高层建筑在竖向荷载作用下的竖向变形分析，进而可以掌握竖向构件的长期变形规律。
关键词：收缩徐变，高层建筑，施工阶段
1前言
高层结构，特别是超限高层结构在整个施工过程中结构的变形是一个时变体系，结构的材料特性、结构边界条件、荷载边界条件都是根据实际施工过程中变化的，结构完工后结构内力和变形也是各种变形长期累加的结果，常规软件如PKPM和YJK的施工阶段分析并没有考虑结构的收缩和徐变。
在《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第5.7.1 条规定：当混凝土的收缩、徐变以及温度变化等间接作用在结构中产生的作用效应可能危及结构的安全或正常使用时，宜进行间接作用效应的分析，并应采取相应的构造措施和施工措施。
本文结合某高层建筑，采用MIDAS/Gen软件，依据欧洲CEB-FIP90规范中关于混凝土的徐变和收缩、弹性模量和抗压强度变化的规定，考虑施工阶段加载、混凝土徐变收缩、徐变等因素，分析结构的竖向变形及差异。
2计算模型
2.1工程概况
本结构为纯剪力墙结构，本结构共计18层，立面图和平面布置见下图图1和图2，主要筒体剪力墙厚度为250mm，中间一字剪力墙下部5层为400mm,墙混凝土强度变化范围为C45～C30，全楼梁板混凝土强度等级为C30，结构总高度为52.5m,1至17层为3m，第18层为1.5m。
3分析模型与计算假定
本工程采用计算非荷载效应的收缩和徐变比较成熟，应用比较广泛的有限元软件MIDAS/Gen，其中梁和柱采用梁单元模拟;剪力墙采用板单元模拟。混凝土收缩应变系数和徐变系数函数曲线参考欧洲CEP-FIP90规范，混凝土的材料抗压强度发展曲线也参考欧洲CEP-FIP90规范。
3.1欧洲CEP-FIP90收缩模型介绍：
该模型的适用条件是：混凝土抗压强度不超过90MPa。而在实际工程中，它常用于计算抗压强度低于60MPa的普通混凝土的收缩。
3.3 计算参数假定
1）分析过程中不考虑楼板的弯曲刚度。
2）风荷载和地震荷载支座为弹性分析考虑，只会引起弹性变形。
3）材料的加载龄期一般可取3天，可假定为拆模时候离结构浇筑时刻的天数。
4）本工程工分为5个施工阶段，1～3个施工阶段为4层，第4个施工阶段是2层，每个施工阶段共计30天，总共120天完成；第五个施工阶段是结构封顶后2年，主要用来考虑收缩徐变的长期作用。
5）2年后为施工模拟加载完成。根据已有的可靠实验结果，大部分的收缩和徐变一般在2年内完成，在前两年完成85%~90%的收缩和徐变变形。
4 剪力墙的竖向变形分析
提取边上一片剪力墙的中间节点处的变形如下：
图中：Creep_sub表示总的徐变变形；Elst_Sub表示总的弹性变形；Shrnk_Sub表示总的收缩变形；Ttl_Sub表示总的变形。
由图中的竖向变行可以得到，
1）由图中变形形状可以看出，由于有施工阶段的划分，竖向构件的变形并不是连续的，大致呈现出鱼腹型，结构的最大竖向变形并不会出现在结构的最高点，而是出现在结构中部偏上位置。
2）弹性变形随着楼层的增高，重量增加，其底部的竖向变形逐渐增大，在结构封顶时和封顶完成后2年时刻，其弹性变形是一样的，不会随着时间的增加而变化。
3）在结构40m标高处，封顶时刻总的徐变变形和收缩变形为1.33mm和1.75mm,经过两年后，该位置处的总的徐变变形和收缩变形变成了4.5mm和6.32mm,分别增大了238.3%和261.1%，该位置在封顶时刻和两年后的总的竖向变形分别为5.38mm和13.02mm,因此采用不考虑材料时变特性的方法进行分析会低估了结构的竖向变形。
4）结构在封顶时在最大变形处的弹性变形：徐变变形：收缩变形=44.6%：31.8%：23.6%，两年后最大变形处的弹性变形：徐变变形：收缩变形=18.5%：34.4%：47.1%，由此可见，收缩变形的发展较慢，但所产生的变形量最大。
5 结论与展望
本文工程采用了在民用建筑领域较多纯剪力墙结构，分析了其竖向构件在考虑了结构材料的时变特性的竖向变形，并对竖向变形的特性进行了分析，可以得到以下结论：
1）、材料按纯弹性计算，不考虑材料的时变特性，会低估结构的竖向变形。
2）、结构竖向变形最大位置并不是结构最高点位置，而是结构中部偏上的位置。
3）、由于本工程的竖向构件均是剪力墙，其刚度比较接近，竖向变形相应也比较接近，虽然竖向变形比按弹性计算方法要大，由于变形比较均匀并不会对结构的使用功能产生影响；若是工程为超高层，且为框架-核心筒结构，内外刚度差异较大时，则会造成较大的竖向变形差，其竖向变形差会产生较大的次内力，可能会导致构件不能满足设计要求；同时，在施工过程中也要考虑到竖向差异变形带来的不平整，在施工工程中要进行抄平调整。
参考文献
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[3]沈蒲生，方辉，夏心红．混凝土收缩徐变对高层混合结构的影响及对策[J].湖南大学学报：然科学版，2008，35（1）：1-5.
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[5] CEB-FIP Model Code 1990, Design Code[S].
论文作者:张侃
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/9
标签：结构论文; 混凝土论文; 弹性论文; 荷载论文; 阶段论文; 工程论文; 抗压强度论文; 《基层建设》2017年第11期论文;