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。     

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。     

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。     

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。     

基于不同模型的超高层单侧倾斜建筑结构施工模拟分析

在超高层建筑结构施工模拟分析时,混凝土的收缩徐变对核心筒和外框柱的竖向变形差影响比较大,竖向变形差的大小直接影响伸臂桁架的安装时间;对于一侧为倾斜外框柱的超高层结构,水平变形直接影响幕墙和电梯的安装。以青岛深蓝中心超高层项目为例,运用MIDAS/Gen进行施工模拟分析时,利用三种不同模型对该超高层进行施工模拟分析研究,得出了三种模型的水平变形和变形差的变化规律以及伸臂桁架的应力变化;对含有钢管混凝土柱的超高层建筑,应考虑钢管混凝土柱内填充混凝土的收缩徐变特性对水平变形和变形差的影响,并选用双单元法进行计算。     

考虑收缩徐变的施工分析对528m超高层塔楼巨柱类型选择的影响

相较于型钢混凝土(SRC)巨柱,钢管混凝土(CFT)巨柱具有极小的收缩效应的特点,同时徐变变形也相应偏小。以南宁东盟塔的设计实践为例,通过进行考虑时间相关的混凝土收缩徐变的非线性施工分析,对采用不同巨柱类型的塔楼施工变形补偿进行了预测。塔楼混凝土核心筒和外框柱随时间变化的弹性变形、收缩变形和徐变变形根据GL2000收缩徐变模型进行计算。分析方法为设计团队自行开发的程序与ETABS(2015版)相结合的形式。通过该方法,带外伸桁架的巨柱超高层结构的施工完毕后的核心筒及巨柱的内力随时间的变化趋势被预测出来,另外,外框与核心筒之间的随时间变化的相对变形也被计算预测出来。这些结果对采用SRC巨柱和CFT巨柱的不同结构方案的不同构件的加强措施提供了重要依据。     

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。     

考虑混凝土收缩徐变的超高层复杂结构施工全过程模拟

为考虑施工过程中混凝土收缩徐变对超高层结构竖向变形的影响，以银川绿地中心双子塔之一的南塔为研究对象，采用有限元软件ANSYS建立南塔模型，考虑结构自重、施工荷载以及混凝土收缩徐变的作用，对南塔进行施工全过程模拟分析，利用生死单元技术模拟施工过程中荷载随结构高度的变化以及从下至上整个的施工过程，分别对外框筒、核心筒的竖向变形和竖向变形差进行了研究，并根据竖向变形进行了外框筒预调值及核心筒补偿值的计算。结果表明：外框筒、核心筒的竖向变形随高度的增加先增大后减小，二者竖向变形差满足施工要求；外框筒预调值及核心筒补偿值随结构高度变化呈现“两头小，中间大”的变化规律。研究成果可作为银川绿地中心双子塔安全施工控制方面的一项重要评估指标，对同类工程具有一定参考价值。     

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。     

超高层框架-核心筒结构竖向变形差的实测与分析

以南海荣耀国际金融中心为工程背景,对塔楼的12、23、35层、主屋面(169.75 m)及塔顶(179.50 m)楼层的外框架柱与核心筒进行设点观测。基于观测结果,得到从结构施工到结构封顶258 d后外框架柱与核心筒的竖向变形差,并对观测数据进行曲线拟合分析,预测出结构封顶2年后相对观测点的竖向变形差。利用有限元程序SATWE分析外框架柱与核心筒的竖向弹性变形差。考虑混凝土收缩徐变以及竖向构件含钢率的影响,利用有限元软件MIDAS/GEN的CEB-FIP 1990模型进行施工模拟,分析从结构施工至结构封顶2年后外框架柱与核心筒的竖向变形差;通过对比实测数据与有限元模拟数据,分析由竖向构件变形引起的框架梁端的附加弯矩可调幅度。结果表明:对于超高层框架-核心筒结构,考虑了混凝土徐变和收缩的实测变形差比弹性计算变形差小约70%,即由竖向构件变形差引起的连接处框架梁端的附加弯矩值比有限元的模拟值小很多。研究认为,DBJ 15-92—2013《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.2.4条中,对高层建筑结构中框架梁附加弯矩的调整幅度上限值可提高到40%。