超高层建筑竖向变形研究与施工控制技术

超高层建筑施工过程中内筒外框由于荷载和材料等因素会产生竖向变形和变形差,变形差过大时会导致水平构件产生附加应力、伸臂桁架拉压杆变号、竖向荷载应力重分布等一系列问题,通过施工全过程模拟分析,合理安排施工节奏,优化桁架最终固定时间以及采取施工找平、标高补偿等措施,减小内筒外框变形差及变形差带来的不利影响。     

超高层建筑伸臂桁架连接时序优化模拟分析

超高层结构是目前大型复杂结构发展的热点方向,其结构体系很多采用外钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系,并设有伸臂桁架加强层.由于钢结构外框筒和混凝土核心筒的材料不同,在施工期间的竖向变形也不同,过早连接伸臂桁架会给桁架自身带来较大的初始变形和初始内力,而过晚连接又可能导致结构刚度不完整,引起极端荷载条件下的结构安全问题...     

深圳京基100大厦441.8m伸臂桁架安装技术

深圳京基100大厦伸臂桁架采用一端刚接、一端铰接的连接方式,避免了由于施工阶段内外筒结构的竖向变形差在伸臂结构中产生过大的初始应力的影响。通过内外筒变形和应力监测结果分析,该连接方式能消除内外筒的竖向变形差,但焊接残余应力对伸臂桁架影响较大。     

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。     

深圳京基100超高层钢结构整体变形控制技术

深圳京基100超高层钢结构整体变形控制包括整体垂直度和竖向变形控制,采用内控法和经纬仪外控法相结合的方法控制项目的垂直度,采用钢筋混凝土核心筒施工超前钢框架外框筒施工、伸臂桁架采用分次合龙技术和钢筋混凝土核心筒与钢框架外框筒之间的钢梁采用一边铰接一边刚接的方式消除结构各层框筒内外相对变形,通过上述整体变形控制技术保证了工程整体垂直度和竖向变形满足规范要求,确保工程顺利进行.     

武汉绿地中心伸臂桁架层施工技术

武汉绿地中心作为典型的超高层钢-混凝土组合结构体系,钢结构桁架的设置无疑是不可缺少的,其中伸臂桁架作为核心筒与外框的连接至关重要。而超高层工程从组织管理、施工工艺等方面带来的各种影响也会改变伸臂桁架层的施工条件,提高施工难度。针对伸臂桁架层施工的种种问题,本文重点介绍深化设计、顶模改造及结构施工等关键技术,总结超高层伸臂桁架层施工经验。     

强震作用下超高层建筑施工全过程安全极限分析

超高层建筑施工期长，在结构整体刚度未完备时的整个施工过程中，结构在各种施工荷载和环境风、地震作用下的安全是施工期值得关注的关键问题之一。为了研究上述问题，采用数值模拟的方法，在结构整体刚度未完备时的不同阶段，分析了强震作用对施工过程的影响。以银川绿地中心超高层项目南塔楼工程为例，该结构体由伸臂桁架连接钢框架-钢筋混凝土核心筒组成，采用了ANSYS中生死单元的功能来模拟不同施工阶段，通过强震作用下的计算分析，将所得最大应力与材料容许应力对比、最大层间位移与相关规范要求的位移限值对比，评估结构的安全性。研究结果表明：不同模型下最大应力、层间位移及层间位移角均小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的限值，结构在施工期内符合可靠性要求。通过对比，伸臂桁架在连接内外筒之后，对结构整体抗侧刚度有显著提高作用，最大Y向位移减少了12.1%,外框筒和核心筒最大Mises应力分别减少了33.3%和25.2%。     

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。     

中国国际丝路中心大厦结构分析与设计

本工程位于高烈度地区,通过研究超高层建筑结构受力和变形的特点,结构设计采用消能减震设计方案,在核心筒和外框柱之间采用传统伸臂桁架和阻尼伸臂桁架相结合的形式。小震弹性分析、中震等效弹性分析及大震弹塑性分析结果表明该结构体系受力合理,阻尼伸臂桁架提供的附加阻尼可有效控制结构地震反应,特别是大震下的弹塑性变形,保护关键构件,提高整体结构抗震性能。     

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。     

上海中心大厦巨型框架-核心筒结构竖向地震作用反应分析

上海中心大厦主体结构高度632 m,为带伸臂桁架的巨型框架-核心筒结构,其竖向地震作用反应大且较为复杂。巨型框架与核心筒沿高度的质量和竖向刚度分布特性差异较大,两者的相对振动将导致伸臂桁架产生较大的内力;环带桁架具有转换承重和巨柱弹性支承的特性,相对支承巨柱存在更大的竖向振动放大效应。在分析结构重力荷载的竖向分布特性以及结构自振特性的基础上,通过反应谱和时程分析,对上海中心大厦结构在竖向地震作用下巨柱和核心筒的轴重比、伸臂桁架和环带桁架的内力反应以及巨柱、核心筒和环带桁架的竖向加速度反应及分布特点进行分析。结果表明：上海中心大厦结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增加;处于高区的巨柱和核心筒的轴重比约为低区的2.2倍和2.3倍,高区伸臂桁架和环带桁架在竖向地震作用下的轴力占重力荷载作用下轴力的比例约为低区的2.2倍和4.3倍;高区环带桁架跨中竖向加速度反应较相应标高巨柱增大20%。     

超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

支撑巨型框架-核心筒结构体系抗震性能研究

以深圳平安金融中心为原型结构,提出支撑巨型框架-核心筒结构体系的概念,并以目前超高层常用的巨型框架-核心筒-伸臂桁架结构体系作为参照,开展了结构体系的抗震性能对比研究。研究结果表明,在两种结构体系抗侧刚度相近的工况下,支撑巨型框架-核心筒结构体系的用钢量显著降低。罕遇地震作用下,该结构体系的典型屈服路径为核心筒→巨柱→支撑→伸臂桁架。该结构体系显著增强了外框的抗侧刚度,提高了外框的剪力分担比例,使得内筒和外框的抗侧能力更加均衡,同时内筒和外框之间的竖向剪力连接需求降低,既减轻了核心筒损伤,又可降低伸臂桁架的刚度和杆件截面面积,并使伸臂桁架加强层与相邻上下层之间的层间刚度突变效应显著降低。因此,支撑巨型框架-核心筒结构体系是一种抗震性能优越的混合结构体系,适用于500m左右及以上高度的超高层结构。     

某超高层办公楼结构设计

某超限高层办公楼地下3层,地上57层,结构主屋面高度为296 m,采用带加强层的钢-混凝土混合框架-核心筒结构体系。采用ETABS和PMSAP等软件进行多遇地震弹性分析和楼盖舒适度验算。结果表明,结构的周期比、层间位移角、楼板舒适度均满足要求。伸臂桁架典型节点有限元分析结果表明,节点区应力低于钢材设计强度,没有出现应力集中现象。为保证结构"大震不倒"的目标,采用Perform 3D软件分析结构在罕遇地震下的反应,结果表明,核心筒、框架柱和伸臂桁架均未屈服,少量框架梁和连梁屈服,结构整体性能、构件变形和耗能指标均符合要求。     

兰州红楼时代广场模型结构振动台试验研究

兰州红楼时代广场是一幢扭转不规则、高度超限的超高层混合结构体系建筑,结构采用了带水平加强层的框架-核心筒抗侧力体系。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在8度设防、多遇和罕遇地震作用下的加速度反应、位移反应以及关键部位的动应变反应进行测试,发现结构的薄弱部位,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：加强层会引起结构局部刚度、承载力突变,结构受力复杂化,并易形成薄弱部位,但通过调整伸臂桁架或者相邻层的刚度,可使加强层的不利影响降低到较小程度;模型结构在8度大震作用下仍不倒塌,证明该结构体系具有良好的抗震性能,可以用于高烈度抗震设防区。     

上海中心大厦伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的静力性能试验研究

超高层框架-核心筒结构体系中,伸臂桁架连接着外围巨柱框架与内部核心筒,需传递巨大内力,其连接构造、传力机制等非常复杂。以上海中心大厦工程为背景,选取钢骨混凝土巨柱-伸臂桁架-环带桁架连接区域和伸臂桁架-核心筒连接区域进行了单调静力加载试验,并进行了有限元分析和简化模型计算分析。结果表明：伸臂桁架能够有效连接相邻构件并可靠传力,其破坏模式表现为伸臂桁架斜腹杆的受压屈曲以及上、下弦杆的弯曲变形,具有较好的延性;伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的节点板虽然部分区域进入塑性,但塑性变形不明显,表明连接区域的承载力远高于杆件的承载力;有限元分析及简化模型分析结果与试验结果吻合良好;简化模型反映了伸臂桁架的非线性受力机理,可对其失效荷载进行准确预测,并可根据结构性能设计要求进行伸臂桁架分析和构件截面选择。     

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。     

Shaking table test and seismic behavior of Ningbo Hengda Tower

A super tall building named Ningbo Hengda Tower is located in Ningbo City, China. It has 91 stories with a total height of 450 m. The structure system of the building consists of three parts, that is, the reinforced concrete core, the outer frame system, and the outrigger trusses connecting the core wall and outer frame. The unique outer frame system is spindle shaped with oblique columns. The outrigger trusses are located at three different levels above the ground, thus strengthening the building and creating irregularities in the stiffness of the structure along the building height. Great challenges are existed in seismic design and analysis of the building. Shaking table test was carried out for a 1/40 scaled model of the building under a series of different base excitations with increasing amplitudes. The dynamic properties, seismic responses, and failure mechanism of the structure are investigated. Test results show that the structure behaved well under designed level earthquakes. The weak points of the structure are identified based on visible damage of the tested model, and some suggestions are made for the improvement of the seismic behavior of the building. It is suggested that measures be taken to improve the ductility of the building from floor 71 to floor 79 and the adjacent floors.     

Simultaneous size and topology optimization of 3D outrigger‐braced tall buildings with inclined belt truss using genetic algorithm

To investigate the optimum location of the outrigger system, a metaheuristic‐based size and topology optimization of the outrigger‐braced tall buildings is carried out by various three‐dimensional structural frames with different shapes of belt trusses. By considering the elastic behavior, the whole elements of the structural models such as beams, columns, core, and trusses are optimized simultaneously in conjunction with the location of the outrigger. Furthermore, to reach more optimality, several novel types of belt truss are proposed having inclined and inverse‐inclined belt trusses with better structural and architectural features and optimum performance in comparison with the horizontal one. Different models with 25 to 40 stories having various span numbers are optimized using the genetic algorithm, and the results are compared with each other. In the modeling process, the exact wind load distribution is applied to the structure based on the ASCE7‐16 rather than the uniform or triangular ones. According to the results, the optimum cross‐sectional size and outrigger locations of different models are obtained, and it is indicated that the proposed novel belt trusses are optimal solution for the problem.     

巨型混合框架-核心筒结构的性能分析

巨型混合框架-核心筒结构是由巨型型钢混凝土框架、混凝土核心筒与伸臂桁架组成的一种具有多道抗震防线的超高层结构体系.为了有效地提高巨型混合框架-核心筒结构的抗侧刚度和内外筒之间的协同工作性能,可采取以下措施:增加巨型梁的刚度;增加伸臂桁架的刚度;增设巨型支撑.分析结果表明:设置跨越两个楼层的巨型梁或伸臂,或增设巨型支撑,...