深圳平安金融中心重力荷载作用下长期变形分析与控制

以深圳平安金融中心为工程背景,对其进行重力荷载作用下的长期变形分析。考虑混凝土收缩徐变以及竖向构件含钢率的影响,按设计标高逐层找平、逐层找正施工模拟,研究超高层建筑重力荷载下长期变形规律,分析不均匀的竖向变形对结构安全的影响。进一步提出在施工中给竖向构件适当预留长度以补偿预计的竖向构件变形的设计思路,实现在设定阶段(如建筑投入使用1年)竖向构件达到设计标高,实现楼面平整,以满足建筑正常使用要求,并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分析。研究表明,通过对超高层重力荷载作用下的变形分析与控制,可以掌握结构的长期变形规律,得到构件附加内力,控制楼面标高。     

超高层建筑的施工找平影响及竖向构件预留长度的计算

采用SAP2000软件模拟一栋600m高的超高层钢-混凝土混合结构,考虑了三种不同的竖向施工标高找平方式,分别是逐层找平、三层找平一次、六层找平一次,得到了不同施工找平方式下结构的竖向变形、竖向变形差及水平构件内力随时间的变化规律。对比不同施工找平方式之间的关系并给出其影响规律,基于逐层施工找平过程进行理论推导,得出每层竖向构件预留长度的计算公式,计算出各层的预留长度,使计算期时得到的结构实际层高与设计层高一致,此种竖向构件预留长度的算法对超高层建筑的现场施工具有参考价值。     

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。     

某超高层建筑的施工模拟分析

基于欧洲CEB-FIP(1990)规范中关于混凝土徐变、干缩效应的规定,对某设置有加强层的超高层建筑考虑施工找平并假定施工顺序,进行了施工模拟分析,主要分析内容包括钢筋混凝土核心筒和外框柱的竖向变形及竖向变形差异,以及变形和变形差异随时间和空间的变化,并研究了长期变形和变形差异对主体结构的影响。根据施工模拟分析结果和变形补偿理论,计算了各层竖向构件的下料预留长度对结构进行变形补偿,以使结构各层楼面标高最终趋向于设计标高。     

高层、超高层建筑结构设计调平法及其应用

在重力荷载作用下,高层、超高层建筑结构竖向构件压缩变形差异会引发重力荷载向下传递过程中的转移,并使结构构件产生附加内力,不利于结构受力。为此提出高层建筑重力荷载作用下水平构件铰接调平设计法。在整体结构计算模型中将所有水平构件铰接(包括去掉斜撑、楼层内斜腹杆),重力荷载一次施加,调整竖向构件截面及结构布置,可避免内力重分布的影响,较快达到结构在重力荷载作用下各楼层竖向构件(包括各墙及柱)竖向压缩变形基本一致,在此基础上计算模型结构水平构件恢复刚接(包括安装斜撑、楼层内斜腹杆),进入整体结构分析,可有效减小及消除重力荷载作用下竖向构件压缩变形差异导致的较大结构附加内力,保证楼面平整、防止建筑倾斜,利于结构安全、经济、合理和建筑物的正常使用。     

超高层混合结构竖向变形分析及补偿北大核心CSCD

采用B3模型分析了超高层混合结构竖向构件压缩变形、结构变形补偿、构件差异变形及伸臂合拢时间对伸臂内力的影响。研究结果表明:楼板施工前变形可通过控制设计标高得到补偿,而楼板施工后变形要由B3模型计算分析得到,然后进行预补偿;补偿周期较短时,楼板施工后变形最大值出现在中间某层,随着补偿周期的增加,最大值出现楼层呈上移趋势;不同的施工方法,施工验收时的标高误差区别较大,采用设计标高+标高补偿值的施工方法可使标高误差最小;通过混凝土部分的标高补偿和钢构件部分的长度预调整,结构在补偿周期时达到设计标高;标高补偿值具有时变性,补偿周期时标高补偿值为零;伸臂连接时间越迟对伸臂受力越有利。     

超高层结构竖向压缩变形对单元式幕墙设计影响

超高层结构竖向压缩变形不可忽视,其主体结构层间竖向压缩变形差可能对单元式幕墙节点的竖向变形间隙预留设计产生影响。以超高层工程项目为背景进行施工模拟计算,分析不同楼层区段幕墙构件安装完成后的层间竖向压缩变形差值,计算时考虑竖向荷载、混凝土收缩和徐变等因素的影响;考察各种因素的影响比例;比较不同高度超高层建筑的层间竖向压缩变形值对幕墙设计的影响。结果表明,超高层建筑竖向压缩变形值的增大一般不会造成超高层建筑幕墙的竖向变形预留间隙不足的问题。     

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...     

超高层框架-核心筒结构施工模拟分析

超高层塔楼整体结构施工过程较长,结构竖向构件在施工过程中的变形状态与弹性分析不同。同时,由于框架柱与核心筒应力水平的不同,在重力作用下会产生不同的轴向压缩量。文章以一栋超高层塔楼为工程背景,采用MIDAS GEN V8.0,考虑收缩徐变,分析塔楼在竖向荷载下竖向变形,研究塔楼竖向变形规律,为设计和施工提供参考。     

超高层混合建筑结构竖向变形差计算分析

超高层建筑塔楼施工中存在的较大技术难点是结构竖向变形差的调整。以上海汇丰银行大厦为背景,研究了在竖向重力荷载作用下,钢-混凝土混合结构的外围巨型柱与核心筒之间的竖向变形差。分析表明,整体结构模型与施工阶段模型的分析结果存在着较大的差异,在实际运用中应采用考虑混凝土时变特性的施工阶段模型;施工速率对结构竖向变形的影响不大,可以忽略不计;结构中刚度很大的桁架层对减小巨型柱与核心筒之间的竖向变形差作用显著。最后根据仿真分析的结果,并考虑了施工中的标高补偿之后,确定了符合实际施工情况的构件预抛高值。从而规避了施工质量风险,达到了设计预期要求。     

巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系施工过程的动态模拟

考虑高强混凝土的收缩、徐变对竖向变形及结构应力的影响,运用有限元软件,结合武汉中心工程实例,对巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系施工过程进行力学模拟和受力性态分析。计算结果表明:在重力与施工荷载作用下,楼层的标高位置与设计位置存在变形差异,最大变形差异发生在塔楼中间部分;核心筒超前施工对塔楼的竖向变形存在一定的影响,但对整体变形影响较小,可以在施工过程中通过找平进行调整。     

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。     

竖向及水平荷载加载水平、顺序对单桩承载力的影响

在桩基础设计中通常分别确定单桩的竖向和水平承载力,而不考虑竖向荷载与水平荷载之间的相互作用对桩承载力的影响,这显然不能反映桩的真实受力状况。软土地基上建造超高层建筑有时需要采用长度达80 m甚至更长的超长桩,目前考虑超长桩的竖向荷载和水平荷载二者之间相互作用的研究还很少。利用有限元软件ABAQUS模拟天津市某工程的79 m长桩载荷试验结果,通过参数调整使有限元计算结果与载荷试验的结果一致,在此基础上进行仿真模拟,研究竖向及水平荷载作用下超长桩的荷载传递与变形特点。分析结果表明超长桩表现出与已有文献中的刚性短桩不同的变形特性:对于承受水平荷载与竖向荷载的桩,竖向荷载对水平荷载作用下桩的性状的影响与竖向荷载相对于水平荷载的施加顺序、竖向荷载的大小以及土质条件等均有关。就本文算例,先施加竖向荷载再施加水平荷载时,存在一个最优的竖向荷载,在最优竖向荷载作用下,竖向荷载减小桩顶侧移的有利作用最明显,且竖向荷载减小桩顶侧移的作用主要表现在水平荷载加载后期,即水平荷载较大时。在土质条件较好的情况下竖向荷载对桩顶侧移的有利影响不如土质条件较差时那样明显。先施加水平荷载再施加竖向荷载时,竖向荷载不再起到减小水平荷载作用下桩顶侧移的作用。加载顺序变化对桩水平承载力的影响要大于对桩竖向承载力的影响。     

佛山坊塔斜柱外框结构设计

佛山坊塔造型独特,体型复杂。针对斜柱外框设计中的主要问题,如立面结构方案选型、竖向变形分析、抗风设计和构件设计等,提出了相应的解决方法和设计思路。结合建筑立面和受力性能确定外框结构布置方案;通过风洞试验得到结构设计的风荷载;基于风荷载的基本概念确定风荷载的输入方法;利用屈曲后强度对构件进行设计。可供类似工程参考借鉴。     

Analysis on properties of cooperative work and control of curtain wall support structure with main structureof the Shanghai Tower

将幕墙支撑结构与主体结构建立整体有限元分析模型,对幕墙支撑结构与主体结构的协同工作特性进行了详细分析,主要包括设备层吊点不均匀竖向变形特性及其对幕墙玻璃板块安全和支撑结构受力的影响分析,水平荷载作用下幕墙支撑结构与主体结构相对竖向变形特性及其对支撑结构受力的影响分析,竖向地震作用下支撑结构竖向不均匀变形、内力及加速度反应及其对主体结构幕墙的影响分析,由此提出相应的设计调整措施。分析结果表明,重力荷载作用下,幕墙支撑结构的不均匀变形超过幕墙玻璃板块变形的容许范围,可导致幕墙玻璃板块破坏,通过调整设备层楼面结构布置和休闲层楼板刚度,可减小吊点变形差异,保证幕墙玻璃板块的安全;重力荷载、水平荷载作用下,支撑结构环梁与主体结构的竖向相对变形将引起径向支撑的附加弯矩,通过设置滑动构造可减小弯矩保证支撑结构受力安全;竖向地震作用下,幕墙支撑结构将产生较大的不均匀变形对幕墙玻璃板块受力带来不利影响,吊杆产生较大附加轴力,环梁竖向加速度反应显著,设计时应对以上不利因素进行评估以保证幕墙支撑结构的安全。     

Vertical deformation analysis of a high‐rise building with high‐position connections

In this paper, a high‐rise frame‐core tube structure with strengthened stories and high‐position connections, a new landmark building in Wuhan, whose height is 238.6 m, is selected as an example. Construction simulation analysis is carried out by the finite element analysis software ETABS to study the vertical deformation and deformation difference of vertical members under the gravity load, taking the influence of construction processes and shrinkage and creep of concrete into consideration. The results show that there is a significant difference between the vertical deformation of the twin‐tower model with connections and that of the single‐tower model. Some engineering countermeasures are put forward to reduce the vertical deformation difference of the twin‐tower connected structure.     

焊接箱形截面梁抗震性能影响因素研究

为考察板件宽厚比对焊接箱形截面梁抗震性能的影响,对中国、美国、日本和欧洲的钢结构设计标准中的相关规定进行了比较,结果表明各国规范对于梁板件宽厚比限值的规定总体上具有较好的一致性。采用钢材循环加载本构,建立了多尺度非线性有限元计算模型。提出了刚性竖杆 箱形梁加载方式,模拟水平地震、重力荷载与轴向压力对箱形截面框架梁的作用。有限元分析结果表明,在设计常用的板件宽厚比范围内,箱形截面梁的弹性屈曲荷载均显著高于其屈服荷载。在水平往复荷载作用下,随着板件宽厚比减小,箱形截面梁极限变形角与延性系数随之增大,抗弯刚度降低速率变缓,塑性耗能能力显著增强。当满足一级抗震宽厚比要求时,焊接箱形截面梁的梁端截面转角约为1/30。承受轴压作用时梁刚度退化很快,变形能力减弱。当轴压比不大于0.2、满足一级抗震宽厚比要求时,梁端截面转角约为1/50。跨高比对梁承载力影响不大,但变形能力可以大幅度提高。横向荷载对梁抗震性能的影响显著,随着静载比（重力荷载代表值与屈服弯矩之比）增大,骨架曲线逐渐发生平移,抗弯刚度降低,耗能性能减弱。当地震弯矩与静力弯矩方向相同时,箱形截面梁承载力显著降低,静载比0.8时极限变形角可减小约50%;当地震弯矩与静力弯矩方向相反时,梁虽然承载力稍有提高,但极限变形角略有减小。     

竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系抗震性能研究

为提高传统钢结构体系在住宅产业化应用中的标准化程度、装配化效率以及安全性能,提出了竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系,并对其抗震性能进行了分析与评价。以某高层住宅楼工程为结构方案原型,基于多遇地震作用下弹性层间位移角相同的控制标准,分别按传统组合框架-剪力墙结构体系和按竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系设计了两种结构方案,并建立了相应的有限元模型。采用静力弹塑性推覆方法,对两种体系在设防地震和罕遇地震作用下的变形和受力特征进行了对比分析,通过结构层间变形、关键构件损伤状态以及安全系数等指标对体系抗震性能进行了综合评估。分析结果表明：竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系在地震作用下的侧移模式呈弯曲型,推覆过程中结构塑性铰主要出现在底层柱端,而传统组合框架-剪力墙结构体系侧移模式呈弯剪型,塑性铰主要出现在梁端;选取的两种剪力墙损伤判断标准均可用于准确判断两种结构方案的极限状态;在相同弹性层间位移角控制标准下,竖向承重与水平抗侧相分离的组合结构体系设计方案安全系数指标值更高,在地震作用下具备更高安全储备。     

预应力混凝土管桩实测与数值模拟优化对比分析

预应力混凝土管桩由于具有施工速度快、施工安全等优势已在软弱土地区被广泛使用。本文结合具体工程,针对地基中桩土相互作用的原理,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入库仑-摩尔模型,利用FLAC-3D软件对预应力混凝土管桩在竖向荷载下的沉降变化进行模拟,将模拟计算结果与现场静载试验结果进行对比,并模拟不同桩长、不同桩径对桩基沉降的影响,得出桩的最优设计。本文分析方法和结论可为类似工程设计和施工提供依据,便于工程应用。     

超高层钢结构中桁架层下连次柱施工技术

介绍一种超高层巨型框架结构桁架层下连次柱的施工技术。通过在次柱施工过程中,采用专门设计的临时支撑系统,合理安排施工顺序,控制加载程序和实施结构变形监测等一系列手段,保证上部桁架结构在加载完成之前可自由变形,整个巨型结构体系能够按照设想的分工协作方式进行传力,从而实现巨型框架结构体系中结构的水平荷载与竖向荷载主要由巨柱和桁架组成的巨型结构承担,次柱只承受本层竖向荷载或者上部传递的少数竖向荷载的目的。