超限高层施工过程结构竖向变形规律研究

以陕西省延长石油科研中心大厦超高层项目为对象,运用MIDAS/Gen软件,考虑结构刚度、几何形态、边界条件、施工荷载以及材料性质的时变特性,对结构进行施工过程仿真模拟,对传统加载模拟、未考虑找平施工模拟和考虑找平施工模拟三种计算方案下的结构竖向变形进行对比分析,并对外框柱、核心筒的竖向变形组成成分以及不同施工找平措施下二者竖向变形差进行对比分析。结果表明:考虑找平的施工模拟计算结果与传统加载模拟和未考虑找平的施工模拟计算结果差异较大,得到的结构施工竖向变形规律表现为中间大、两端小;弹性变形对结构竖向总变形起控制作用,徐变变形次之,收缩变形影响最小;混凝土收缩、徐变以及施工找平因素对结构竖向变形规律影响较大,不容忽视。     

贵阳某超限高层塔楼结构设计

介绍了工程的特点和结构体系布置,采用两种软件对F座塔楼进行了弹性反应谱下的计算对比,补充了弹性时程分析以及动力弹塑性分析。结果表明,结构能够实现抗震性能目标并达到多道抗震防线的要求。采用MIDAS Gen软件对F座塔楼进行施工模拟加载验算,考虑施工阶段混凝土收缩、徐变等因素下外框柱与核心筒的竖向变形及差异,并将模拟计算结果与一次性加载和不考虑收缩徐变的施工模拟结果进行对比,对水平构件的设计给出符合工程实践的建议。     

南宁天龙财富中心考虑混凝土收缩徐变的施工模拟分析

高层建筑施工过程较长,混凝土徐变、收缩等时间效应对高层建筑的竖向变形影响较大。基于欧洲规范CEB-FIP 90,分析了混凝土收缩、徐变效应与相对湿度、构件尺寸、含钢率、混凝土加载龄期、混凝土强度等级等因素的关系。为准确得到高层建筑逐层施工、逐层找平过程中的变形,采用SAP2000对南宁天龙财富中心高层建筑进行考虑收缩、徐变效应的施工模拟分析。结果表明:上部楼层混凝土收缩、徐变效应导致的变形占竖向变形的比例较大。为减小构件竖向变形差对水平构件的影响,根据变形补偿的思想计算了各层竖向构件的下料预留长度。     

西安金融中心超高层施工竖向变形分析研究

为在施工过程中采取有效的竖向变形控制措施,控制完工后结构实际标高与设计标高的差异值在一定范围内,并减小因核心筒与巨柱竖向变形差引起的结构附加应力,选取CEB-FIP预测模型,根据实际施工进度建立结构有限元分析模型,考虑混凝土收缩徐变、施工找平等因素,综合有限元法、单元生死、分步加荷等技术对不同施工模拟方案下的西安金融中心结构进行材料、几何及边界条件时变模拟,得到了施工过程中结构各层竖向变形以及核心筒与巨柱竖向变形差的具体数值及变化规律。分析结果表明,混凝土收缩徐变对结构竖向变形影响较大,在整个施工过程中所占比例为47.33%~58.59%;在对计算结果进行深入研究的基础上,给出预变形控制建议措施,对后续巨柱核心筒结构超高层施工具有指导意义。     

停工对超高层竖向变形的影响分析

基于混凝土结构国际联盟颁布的CEB-FIP 2010《混凝土结构设计规范》推荐的混凝土材料收缩徐变模型和有限元数值模拟,对河南省某超高层结构考虑停工影响的结构竖向变形进行分析。探讨停工四个月条件下,超高层结构各楼层竖向变形以及变形随时间的发展变化规律,核心筒与外框柱之间竖向位移差沿结构竖向的分布以及随时间的发展变化规律,并揭示考虑停工条件下结构竖向变形分布规律以及随时间发展变化的内在原因。通过对比分析停工与不停工两种条件下超高层结构竖向变形分布及其随时间发展规律的异同,说明停工对超高层竖向变形分布及其随时间的发展规律均有较大影响,在进行超高层结构竖向变形分析时,必须按照实际施工流程考虑停工的影响。     

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。     

某超高层结构施工仿真及其效应影响研究

以广州某超高层结构项目为背景,对其进行施工全过程仿真,并与实测结果进行了对比。研究结果表明:施工仿真计算出的竖向变形、应变数据和实测结果吻合良好;结构施工仿真分析计算所得竣工时刻的结构竖向变形分布规律并不同于一次性加载方法计算所得结果,其竖向变形曲线沿楼层呈抛物线变化;外框架与核心筒间位移差先增大后减小,然后再反向增大,更符合实际工程情况;考虑找平与否的竖向变形最大值相差接近1倍,外框架与核心筒竖向变形相差65%;不考虑混凝土收缩徐变的计算结果最大值比考虑时约小40%。要减少结构竣工时外框架与核心筒竖向变形差值,应针对不同施工阶段采取不同的核心筒超前层数。位移实测结果与施工仿真数值计算结果吻合较好,证明了本文研究的施工仿真方法的合理性。     

考虑施工和收缩徐变后框架性能分析

综合叙述了考虑施工过程后,对于竖向荷载不同加载方式的主要区别,以及收缩徐变对结构变形和内力重分布的影响。采用有限元方法就平面框架对比分析,结果表明高层框架由于模型竖向加载方式的不同,导致结构分析结果出现显著差异;再考虑混凝土收缩徐变后,随时间的发展,结构部分截面的内力有向一次性加载模型趋近的趋势。     

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。     

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。     

超高层考虑收缩徐变的施工过程分析

本文对某巨型框架-核心筒-环形伸臂桁架超高层结构,在考虑收缩徐变影响下进行了施工过程模拟有限元分析,并对结构的竖向位移和竖向位移差进行了简要的研究,得到收缩和徐变对结构施工过程的不同影响。并与结构的施工监测结果进行了对比,验证了在施工过程中考虑收缩徐变的影响得到的分析结果与实际更为接近。     

上海环球金融中心施工竖向变形分析

上海环球金融中心是世界上最高的建筑之一,施工过程中结构竖向变形累积问题尤为突出,有必要对其进行研究。建立了适于结构施工模拟的精细化有限元模型,综合时变结构离散分析法与龄期调整有效模量法,实现了超高层结构施工全过程分析;将整个结构按照施工过程划分成一系列材料参数、几何参数、荷载边界条件不同的平衡体系;通过对各平衡体系的有限元求解,实现了考虑徐变效应的施工全过程模拟,获得结构各施工阶段的竖向变形、层间压缩量以及框筒内外相对竖向变形,分析了施工过程中上海环球金融中心竖向变形。将模拟结果与一次性加载和不考虑徐变的施工模拟结果对比表明：上海环球金融中心变形计算应考虑施工过程和徐变效应的影响;计算结果与实测结果吻合较好,证明了建议方法的可行性。图12表3参12     

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。     

竖向布置沿高度内缩的某超高层建筑施工模拟分析

以竖向布置沿高度多次内缩的某超高层建筑为研究对象,采用了有限元分析软件ETABS,对该结构进行了全过程的施工模拟力学性能分析。对其分别考虑一次性整体加载、不考虑混凝土收缩徐变和考虑混凝土收缩徐变,各施工楼层的竖向位移、水平位移和部分主要构件内力的变化情况,以及施工至部分主要楼层时考虑外筒框架向阳面与背阳面温差作用对结构水平位移的影响。结果表明:对于竖向布置沿高度多次内缩的超高层建筑结构,对其结构水平位移的分析与对竖向位移的分析同等重要;考虑混凝土收缩徐变时,其对施工期结构竖向变形的影响明显要大于其对结构水平变形的影响,特别是在此类建筑的后期施工和使用阶段;考虑向阳面与背阳面温差与否对结构水平位移影响较为明显。施工模拟分析结果对竖向布置沿高度内缩的超高层建筑在施工期的变形质量控制具有重要的指导意义。     

带斜柱转换层的超高层结构施工过程仿真分析研究

以深圳市汇德大厦超高层复杂建筑结构为工程背景,采用精细有限元仿真分析方法,研究阶段施工、混凝土收缩徐变、施工顺序、楼板预应力等因素对结构受力和变形的影响程度,为工程实际施工提供全面的理论预测数据。主要研究内容:施工全过程仿真与结构整体一次性加载模拟对比分析、考虑混凝土收缩徐变效应的影响分析、核心筒超前外框架施工不同层数的影响分析、转换起始层楼板预应力的影响分析。研究结果表明,考虑施工全过程的结构仿真分析结果比整体一次性加载的结果更符合实际施工情况;混凝土收缩徐变效应对超高层结构存在比较显著的影响;核心筒超前外框架施工会影响外框架与核心筒竖向变形差;楼板预应力在一定程度上可改善因转换层斜柱水平推力引起的楼板和梁的受拉状态。     

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。     

超限高层施工过程模拟及竖向构件预找平分析处理

以陕西省延长石油科研中心大厦超限高层项目为工程背景,基于施工阶段叠加法的分析原理,同时考虑混凝土材料收缩徐变特性、混凝土核心筒配筋率的影响以及伸臂桁架延迟连接措施,运用MIDAS/Gen软件对该项目进行施工过程模拟,计算分析塔楼竣工时刻结构的竖向变形和次结构(如伸臂桁架)的附加应力,并通过简单的理论公式推导得出结构竖向构件预找平计算方法,在此基础上,求出结构竖向构件预找平值,为施工方确定构件下料长度提供参考,弥补构件变形,尽可能使结构在竣工后满足设计要求。     

超高层钢管混凝土柱框架-核心筒结构施工阶段收缩徐变分析

施工模拟是超高层建筑结构设计的重要内容。施工过程中结构的材料参数、几何参数、荷载和边界条件等都随施工进程而改变,施工结束后的内力和变形与施工过程、时间效应密切相关。利用Midas/gen有限元软件,对某超高层建筑结构进行了考虑混凝土收缩徐变影响的施工模拟研究,分析了收缩徐变对核心筒和框架柱竖向变形、竖向变形差及内力等因素的影响;并对不同施工方案下结构的竖向变形差异及风振影响等问题进行了研究。     

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。     

考虑施工过程和收缩徐变的框架结构简化分析

研究了混凝土的收缩徐变对框架结构受力的影响。首先根据线性徐变的迭加原理,推导了混凝土构件截面在多级荷载作用下的徐变估算公式,该式可以考虑加载龄期、加载速度、构件厚度以及环境相对湿度对徐变的影响;然后给出了考虑施工过程和收缩徐变影响的框架结构竖向位移和位移差的计算方法。用该方法对一高层框架进行收缩徐变分析,结果表明:该方法简单实用,可以在超高层建筑结构设计中估算收缩徐变时使用,收缩徐变对框架结构的受力影响较大,在工程设计和施工中不能忽略其影响。