超高层混合结构考虑施工过程的竖向变形差异计算和分析

分析了混合结构体系超高层建筑在施工期间和使用阶段的竖向变形问题。采用CEB-FIP(1990)规范中混凝土收缩/徐变模型,计算了钢管混凝土柱和钢筋混凝土核心筒间的竖向变形差异,并分析了竖向变形差对关键构件内力的影响。计算中考虑了筒体先于外框柱施工、混凝土材料的收缩徐变、施工过程找平调整等因素的影响。结果表明,结构封顶一年后外框柱和核心筒最大竖向变形分别为50 mm(51层)和55 mm(51层),最大竖向变形差为12.9 mm(68层),同时由于竖向变形差引起的伸臂桁架次内力增量较小,结构具有足够的安全度。     

武汉江城之门大跨刚性连体超高层混合结构收缩徐变分析

武汉江城之门为双塔高位连体的门形超高层建筑，建筑高度241.9m,采用钢管混凝土柱框架+核心筒+加强层+连体巨型跨层桁架结构体系，核心筒角部及相交处内嵌钢骨，部分楼层内嵌钢板。采用SAP2000软件分别建立基于CEB-FIP 90、CEB-FIP 2010、GL2000理论的分析模型和无连体单塔模型，进行了考虑收缩徐变的非线性阶段施工模拟分析，对比了典型竖向构件变形和内力重分布结果。分析结果表明，伸臂桁架可有效平衡外框柱和核心筒的竖向变形差异；高位刚性连体的布置加大了外框柱和核心筒的竖向变形差异，其差异主要为弹性变形，收缩徐变引起的附加变形差异较小；混凝土收缩徐变带来的竖向构件轴力重分布表现为核心筒剪力墙卸载，外框柱和剪力墙内嵌钢骨加载，轴力变化最大值位于连体相邻下部楼层；对伸臂桁架和腰桁架内力影响主要体现为弦杆轴力的增大。     

超高层框架核心筒结构混凝土长期收缩徐变效应分析

以一栋高度为300 m的超高层框架-核心筒结构为例,对外框柱分别采用钢筋混凝土柱、型钢混凝土柱和钢管混凝土柱以及钢管混凝土柱,在不同轴压比的状态下考虑施工找平和混凝土长期收缩徐变的影响,计算外框柱与核心筒之间的竖向变形差。结果表明:一般情况下,外框柱与核心筒剪力墙在重力荷载作用下的轴压比相差不大,两者的弹性压缩变形差不大;由于钢筋、型钢和钢管对混凝土收缩徐变的限制作用,外框柱的长期收缩徐变变形发展慢于核心筒剪力墙,有利于缓和外框柱与核心筒之间的竖向压缩变形差;若外框柱为钢管混凝土柱,且外框柱轴压比明显大于核心筒剪力墙时,两者的弹性压缩变形差较大,外框柱的收缩徐变变形发展亦大于核心筒剪力墙。超高层框架核心筒结构应采用合理考虑钢筋、型钢和钢管对混凝土收缩徐变的限制作用的模型进行分析,以合理评估混凝土长期收缩徐变效应对外框柱与核心筒之间的竖向变形差的影响。     

超高层建筑施工全过程竖向变形效应研究

依据欧洲规范EC2关于混凝土弹性模型、收缩、徐变随时间变化规定,考虑施工顺序加载、竖向构件压应力差异、伸臂桁架后连接、下料长度调整等因素,结合某超高层建筑结构,实现了施工全过程模拟,获得各施工阶段外框架柱和核心筒剪力墙的竖向变形量及差异,对施工过程中关键构件的承载力进行验算,同时比较了后连接方案对水平伸臂桁架内力的影响。分析结果表明:在超高层设计时必须考虑混凝土收缩徐变等非荷载作用下的变形,竖向构件应考虑竖向变形而产生的压缩量进行预调整,采用后连接的施工措施可以减小水平伸臂桁架的内力。     

基于时变效应的超高层结构施工过程与建成初期竖向变形分析

针对某超高层框架(钢管混凝土柱+钢梁)-钢筋混凝土核心筒-伸臂桁架混合结构,综合考虑施工过程中混凝土收缩、徐变及强度增长的时变效应,进行了框架柱与核心筒的施工模拟分析、以及外框与核心筒之间的竖向变形差与内力重分配效应的计算分析。研究结果表明,收缩和徐变导致的核心筒竖向变形是不可忽视的重要因素,对外框与核心筒之间的竖向变形差与内力重分配效应具有明显影响。针对这些影响,从设计、构造、施工工艺等方面提出了相应的措施,可供同类工程建设时参考。     

超高层结构竖向变形与伸臂桁架安装控制方法研究

为在施工过程中采取有效的施工措施,控制完工后结构实际标高与设计标高的差异值以及伸臂桁架的附加应力,以西安金融中心为分析模型,综合混凝土收缩徐变理论、时变结构力学及有限元法等对不同伸臂桁架安装方案下的结构进行施工全过程仿真模拟,得到了施工过程中结构各层竖向变形变化规律以及不同安装方案下伸臂桁架附加应力。分析结果表明,混凝土收缩徐变在整个施工过程中所占竖向变形比例为47%～59%,伸臂桁架安装越早,结构封顶时产生的附加应力越大。结合控制论思想提出控制目标,通过实例给出超高层结构竖向变形与伸臂桁架安装控制方法,并验证方法的有效性。研究结果对超高层结构竖向变形变化规律的掌握具有参考价值,所研究的竖向变形和附加应力的控制方法对后续巨柱核心筒结构超高层施工具有指导意义。     

结构特性对超高层建筑施工过程竖向变形的影响分析

以青岛海天中心T2塔楼项目为例,对其进行施工过程模拟分析,研究结构自身特性对超高层建筑施工过程竖向位移的影响。研究结果表明,含钢量直接影响结构竖向刚度及质量,对竖向位移影响较大;混凝土收缩徐变所引起的竖向位移在施工期总体位移中占比大,必须考虑;伸臂桁架对提高结构外框柱与核心筒的竖向整体性影响较小。     

海南大厦主楼结构竖向变形分析

海南大厦主楼为位于高地震区的复杂超限超高层建筑,主楼高为198.6m,地下4层,地上46层,结构体系采用了钢管混凝土柱钢框架-钢筋混凝土核心筒结构体系。参考欧洲规范EC2关于混凝土弹性模量变化、徐变和收缩的时变效应的规定,采用SAP2000软件,建立了考虑施工过程模拟有限元模型,分析了外框架柱与核心筒的竖向变形及差异。同时对比一次性加载、不考虑混凝土时变效应的施工模拟、考虑混凝土时变效应的施工模拟三种分析中的变形差异,可知结构的非线性弹性变形约占总变形量的50%左右。此外分析了伸臂桁架、防屈曲支撑在考虑施工过程、混凝土时变效应下的内力情况,表明斜杆在恒加活荷载作用下由于墙柱竖向变形的差异产生了较大的内力,在设计时应当予以重视。     

上海中心大厦考虑施工过程的竖向变形及差异分析与研究

根据CEB-FIP 1990规范中关于混凝土收缩、徐变的规定,按照施工顺序建模加载,考虑混凝土收缩徐变、施工标高调整、伸臂桁架连接固定时间、竖向钢构件预调整量等因素,结合结构高度580 m的上海中心大厦超高层建筑结构,分析计算了超高层结构中巨型柱与核心筒剪力墙的竖向变形及差异.分析表明,在重力荷载作用下,上海中心塔楼结...     

超高层结构考虑钢管混凝土柱收缩徐变影响的施工模拟分析

在超高层结构施工过程中,材料的时变特性和其他荷载等因素是导致竖向构件变形差异的主要原因。以南宁华润中心东写字楼超高层项目为工程背景,运用MIDAS Gen软件对项目进行施工模拟分析。由于钢管混凝土柱中混凝土处于密封状态,从而收缩徐变受到抑制,计算时考虑组合材料的收缩徐变得不到合理的结果。考虑钢管混凝土柱中混凝土的收缩徐变,利用双单元法对钢管混凝土柱进行施工模拟分析,并和换算截面法考虑收缩徐变和换算截面法不考虑收缩徐变分析的结果进行对比,分析三个模型的合理性,进而为钢管混凝土结构施工模拟分析提供参考。     

超高层结构竖向变形及差异问题分析与处理

依据欧洲规范EC2关于混凝土弹性模量变化、徐变和收缩的规定,考虑施工顺序加载、混凝土徐变收缩、竖向构件压应力差异、施工过程中构件长度的调整等因素,结合屋顶高381m的南京紫峰大厦超高层结构,分析计算了超高层结构中组合柱与芯筒剪力墙的竖向变形及差异。结果表明,结构封顶后半年时,结构中部的型钢混凝土组合柱会产生最大80mm左右的竖向变形,芯筒剪力墙会产生最大70mm左右的竖向变形;组合柱与芯筒墙的最大竖向变形差可达12mm左右,发生在结构中部偏上。合理安排施工顺序可以使得竖向构件变形差在伸臂桁架中产生的内力较小。     

超高层结构竖向变形与内力分析

超高层结构在施工及设计使用过程中的竖向变形对结构的安全性、适用性有重要影响。以一幢位于设防烈度为8度地区的超高层结构为例,在混凝土的收缩徐变作用下,分别考虑伸臂桁架与主体结构同时施工和后施工对结构竖向变形与内力的影响。该建筑总高度为270m,采用设置三道加强层的型钢框架-核心筒结构体系。基于MIDAS/Gen软件,对该结构进行数值模拟分析。研究表明:在竣工五年后,主体结构的变形主要以混凝土的收缩徐变为主,占结构总变形的50%以上;伸臂桁架采用后连接施工时,腹杆内产生的附加应力比同时连接减小为83%～107%;柱底轴力在主体结构的使用过程中逐渐增大,而剪力墙底部反力逐渐减小。超高层结构的施工过程中,构件应进行预抛高和预留下料长度处理。     

南宁某超限项目收缩和徐变分析

本工程为钢筋混凝土核心筒+钢管混凝土框架混合结构,采用欧洲规范CEB-FIP模式计算混凝土收缩徐变影响,具体分析了竖向构件累积变形以及收缩徐变对框架柱的影响。分析结果表明,施工完成5年后最大柱轴力(与伸臂桁架连接处柱)约增加10%,在施工图设计阶段应考虑收缩徐变的不利影响,并采用调平设计。收缩徐变对伸臂桁架内力和变形产生影响,计算中应考虑此部分荷载叠加,使伸臂桁架满足规范要求。重力荷载引起的楼层水平位移会影响设备的安装,设计中也应考虑。同时施工阶段和使用阶段必须对收缩徐变进行监控。     

混凝土收缩徐变对超高层巨型混合结构竖向变形和关键构件内力的影响与控制

采用CEB-FIP(1990)规范中的混凝土收缩徐变模型,考虑含钢率、套箍效应对混凝土收缩徐变的影响,计算了某超高层巨型混合结构竖向构件的竖向变形,分析弹性模量发展对竖向构件变形的影响,并研究竖向变形差对关键构件的内力影响。为实现在设定阶段竖向构件达到设计标高,对楼层标高预留高度和竖向构件下料预留长度的控制方法进行了研究。进一步提出减小竖向构件竖向变形差的措施,并通过算例验证了其有效性。研究表明,混凝土弹性模量发展对竖向构件变形影响不大;而混凝土的收缩徐变对超高层混合结构的变形及内力影响较大,应以考虑了混凝土收缩徐变的结构模型作为地震分析的初始态对关键构件进行校核;在带钢管混凝土柱的超高层巨型混合结构中,控制钢管混凝土柱压应力水平适当大于钢筋混凝土核心筒的压应力水平,可有效降低混凝土收缩徐变引起的竖向变形差及附加内力。     

混凝土收缩徐变对珠海铁建大厦施工阶段的影响

以珠海铁建大厦为研究对象,建立了框架–核心筒结构有限元模型,对整个结构的施工过程划分了施工段,采用CEB-FIP(2010)模型考虑混凝土的收缩徐变作用,用精确模拟法进行施工过程力学分析,结果表明,混凝土收缩徐变对柱底轴力影响不大,对核心筒墙体以及外框架柱的竖向变形影响很大,超高层建筑中的钢管混凝土柱或者型钢混凝土柱也...     

超高层项目重力荷载作用下收缩徐变分析

该项目结构高度为349.8m,与常规超高层建筑的框架核心筒体系不同,采用X向框架-带加强桁架双筒结构体系,Y向剪力墙结构体系。考虑混凝土收缩徐变效应,对这一新型结构体系进行从开始施工到投入使用20年重力荷载作用下的长期变形分析,研究在重力荷载长期作用下,该新型结构体系的竖向变形和水平变形规律;以及因混凝土收缩徐变造成的框架柱和核心筒变形差对框架柱、框架梁和加强桁架内力的影响。研究表明,该项目最大竖向变形发生在中上部楼层,混凝土收缩徐变不会加剧该结构体系的水平变形,因混凝土收缩徐变效应产生的框架柱、框架梁附加内力不可忽略,设计中需予以考虑。     

宁波新世界广场5号地块稀疏外框柱超高层塔楼施工模拟分析

对宁波新世界广场5号地块稀疏外框柱超高层塔楼分别采用一次加载模型、分层加载模型、构件施工时间差模型进行了考虑材料时变效应的施工模拟分析,分析了不同荷载施加方式对核心筒剪力墙和框架柱竖向变形、竖向变形差及杆件内力等的影响。研究表明,施工过程中荷载施加方式对结构内力和变形影响较大,结构设计时应根据结构特点选取合适的计算模型进行计算;收缩徐变引起的混凝土累积竖向变形占竖向构件总变形比例较大,施工阶段核心筒收缩徐变变形占总变形比例达45%;施工过程中由荷载施加方式和材料时变效应对结构造成的不利影响,可在构件设计阶段采用强度包络设计方法或施工阶段采取补偿变形差的方式来予以考虑。     

基于B3模型的竖向构件差异变形分析

为研究巨型框架伸臂核心筒结构中由收缩和徐变引起的巨柱和核心筒的竖向差异变形,基于B3收缩徐变模型,采用应变增量法进行MATLAB编程,模拟荷载逐层施加的实际施工过程。对某一巨型框架伸臂核心筒结构进行了研究,考虑施工过程、混凝土收缩和徐变影响,对高层混凝土结构构件在竖向荷载作用下的竖向变形进行了计算;计算构件在楼板施工前后巨柱和核心筒的弹性、非弹性缩短以及竖向差异变形;进行了差异缩短变形分析,采用逐层修正法进行补偿。结果表明：考虑重力荷载、混凝土收缩和徐变时,巨柱和钢筋混凝土筒由收缩和徐变产生的非弹性变形占总变形的509／6以上,且该比例随时问呈增大趋势;巨柱和核心筒的收缩变形远小于徐变变形,收缩和徐变变形最终趋于一定值;楼板施工结束时竖向变形近似相等的构件,在楼板施工后一定时期的竖向差异变形很大;若顸层楼板施工结束时荷载全部施加完毕,则楼板施工后的最大竖向变形值出现在中间某一层;对于有具体要求的特殊结构,采用逐层修正法可降低差异变形在伸臂桁架中引起的附加内力。     

欧美最新混凝土收缩徐变理论的数值对比及应用

对比了在超高层结构分析中较常采用的CEB-FIP-90,fib MC2010以及GL2000模型收缩徐变理论在相同假设条件下的结果,有助于工程师了解欧美混凝土收缩徐变理论的最新发展方向。相较于国内在工程中采用较多的CEB-FIP-90模型,GL2000以及fib MC2010模型已经将混凝土徐变细分成基本徐变和干燥徐变。fib MC2010模型更进一步将混凝土收缩细化成基本收缩及干燥收缩。以南宁某带有外伸桁架的巨柱外框超高层地标塔楼为例,按不同混凝土收缩徐变理论进行非线性施工分析,对施工期间的竖向构件的竖向补偿提出建议,并预测了施工完毕后若干年的核心筒和巨柱的竖向变形、轴力随时间的变化,以及与时间相关的楼板系统的倾斜变化趋势。     

某超高层建筑施工监测与分析

由于荷载的增加和混凝土的收缩徐变,超高层建筑在施工过程中会产生附加内力和变形,有必要对结构展开施工监测。通过对某超高层建筑开展为期680d的施工监测,研究施工过程中钢管混凝土柱与钢筋混凝土剪力墙的应变发展规律;同时,利用有限元方法分析了主体结构封顶后竖向变形的分布特点与成因。研究表明,随着时间的增加,同一楼层的钢管混凝土柱竖向应变增量明显大于剪力墙,但各构件的应变增量处于可控范围内;由混凝土徐变引起的钢管混凝土柱和钢筋混凝土剪力墙的竖向变形最多分别可达总变形的29.9%和33.5%,徐变引起的结构变形应予以充分重视。