超高层建筑桩筏基础筏板弯矩时变效应分析

在超高层建筑结构与地基基础共同作用过程中,材料、结构及荷载均是时变的。结合工程实例,从地基沉降的时变性规律及上部结构的时变性规律出发,采用以时间切片的形式考虑时变效应的分析方法,通过PLAXIS和ETABS软件分析超高层建筑地基-基础-上部结构共同作用体系的时变性对桩筏基础筏板弯矩的影响。分析结果表明,对于高500m以上的超高层建筑,这种影响在工程允许范围之内,即传统计算方法的一次加载分析就能满足筏板弯矩的计算精度要求。     

软黏土地基沉降的时变效应对超高层建筑结构内力的影响

软黏土地基沉降具有时变性,其规律被广泛认知。随着超高层建筑的大量兴建,工程师对超高层建筑与地基基础共同作用问题越来越重视。从地基沉降的时变性出发,综合考虑地基沉降的时变效应与地基-基础-上部结构共同作用的耦合问题,以时间切片的形式进行共同作用分析,提出了考虑地基沉降时变效应的共同作用计算方法,经初步分析得到地基沉降的时变效应对超高层建筑结构关键构件内力的影响。对软土地基上高500 m的超高层结构的分析结果表明,地基沉降的时变效应对上部结构的影响仅限于中低层区;其对巨柱、核心筒轴力的影响较小,轴力最大增、减幅值仅约为5%,在工程实践中可以忽略不计;但其对伸臂构件的影响较大,尤其是斜腹杆最为明显,其内力最大增幅可达200%,在工程实践中应给予重视。     

结构–桩筏–地基体系时间效应的三维数值分析

软土的非线性特性及上部荷载作用下地基的固结效应对上部结构内力分布及桩筏基础变形往往具有不容忽视的影响。不考虑上部结构刚度影响的共同作用分析常规设计方法与二维简化方法尚未全面地反映共同作用体系的实际工作机理。为此基于Biot固结理论,考虑地基土的弹塑性特性,对上部结构–桩筏基础–地基共同作用体系的时间效应进行了三维有限元数值分析。结果表明:地基的固结效应对共同作用体系的承载机理与变形协调能力具有显著的影响,共同作用体系的工作性能紧密地依赖于超孔隙水压力随时间的变化特征。同时上部结构刚度对共同作用体系的时间效应也具有不可忽视的影响。因此,在共同作用体系分析中应合理地考虑结构刚度效应和地基固结的时间效应。     

海口双子塔-南塔桩-筏基础设计与研究

海口双子塔-南塔超高层建筑采用桩-筏基础,其上部结构传力复杂、水平及竖向荷载大、内筒与外框地基差异变形及群桩效应明显,基础设计难度大。分析研究了桩-筏基础设计中单桩承载力特征值取值、超高层塔楼核心筒与巨柱间的差异沉降控制、水平荷载影响等关键问题,总结了巨型外框-核心筒超高层结构桩-筏基础的设计要点。基于承载力及变形控制要求比选了3种不同的基础设计方案,结果表明采用变刚度调平设计方法有效地减少了不同区域的差异沉降,桩身承载力满足要求,经济指标更优。     

超高层建筑共同分析中时变耦合对结构周期的影响

超高层建筑共同作用系统的时变作用是相互耦合的,其计算是一个相互迭代,直至收敛的复杂过程。该问题主要涉及三部分内容,即地基基础沉降变形的时变性规律、上部结构的时变性规律和共同作用理论。另一方面,结构自振周期作为超高层建筑结构分析与设计的重要基本参数,其值不宜过短,也不宜过长,且需严格控制前三阶振型周期的比例。从地基沉降的时变性规律及上部结构的时变性规律出发,以时间切片的形式进行共同作用分析,综合考虑时变作用的耦合效应,采用共同作用时变效应分析方法,初步分析得到超高层建筑共同作用系统的时变性对结构周期的影响。分析结果表明:超高层建筑共同作用系统的时变性对结构前两阶振型的周期影响较大,与传统计算方法相比,周期会拉长1.25~1.4倍,这对于风、地震等水平荷载的影响较大,在工程实践中应引起重视。     

超深层岩溶地基上桩筏基础选型及工作性状数值分析

结合无锡世贸中心项目,对超深层岩溶桩筏基础选型进行讨论,同时利用ABAQUS对岩溶基础上桩筏基础共同作用进行数值模拟分析,地基土采用弹塑性模型,上部结构与桩筏基础采用弹性模型,对三者在竖向荷载条件下的共同作用进行非线性分析,并结合现场实测数据对岩溶基础上超高层结构桩筏基础工作性状进行研究。分析表明:桩筏基础采用摩擦桩与溶洞灌浆相结合方法处理超深层岩溶地基具有可行性;筏板内力分布及沉降的数值分析结果与实测值相吻合;采用超长摩擦桩可减轻上部结构对深层溶洞的影响;筏板内力分布与上部结构和布桩方式有关。     

超高层大跨度预应力转换筏板-桩基础设计与研究

国内城市地铁建设已进入快速发展阶段,地铁上盖物业开发项目日益增多。超高层建筑基础区域位于地铁区间上部,为尽量减少地铁与上部建筑的相互影响,上部建筑的基础与地铁结构完全脱开,从而使上部建筑在基础底板处形成大跨度转换结构,且由于建筑和地铁结构的限制,使得大跨度基础转换结构的高度受到较大限制,为此,需采用新型的超高层基础形式,并考虑该基础对地铁结构的影响。介绍了武汉轨道交通某地铁上盖超高层建筑新型基础结构的设计。该基础采用大跨度预应力转换筏板+钻孔灌注后压浆桩基础,采用理论分析和现场检测相结合的方法,充分考虑了桩-筏板-土共同作用,并通过施工模拟分析,考虑上部结构对基础的影响,并进行施工过程中预应力筏板内力和变形、桩顶内力和沉降、桩间土反力的实时检测和研究工作,以期验证和确保基础及结构安全,进一步明确预应力筏板-桩-土共同作用的机理和相关参数,为类似工程设计提供参考。     

中国尊大厦桩筏协同作用计算与设计分析

梳理总结了北京中国尊超高层建筑桩筏基础设计创新的技术思路和设计成果,应用土与结构相互作用原理,将主塔楼与其相邻裙房作为一个整体进行研究与分析,遵循差异沉降控制与协调的设计准则,设计过程中桩筏协同作用的三维数值分析与桩基础设计密切结合。通过试验桩载荷试验研究超长钻孔灌注桩的荷载传递规律、荷载-沉降的工程性状、侧阻力变化特征,考虑桩筏协同作用按变形控制条件合理选择桩端持力层,优化设计桩长、桩径和桩间距,桩基础结构设计计算考虑上部结构、筏板基础和地基(桩与土)共同作用分析。岩土工程师与结构工程师通力协作的团队工作完成了桩筏基础设计优化,超高层主塔楼与裙房之间不再设置沉降后浇带,实现了桩筏设计的创新。     

共同作用对上部结构和桩筏基础的影响

以贵州省遵义市某县棚户区（城中村）改造项目为研究算例,利用SAP2000有限元分析软件建立框架剪力墙结构-桩筏基础-地基共同作用的三维有限元模型和不考虑三者共同作用的一般三维模型。与不考虑共同作用的一般模型相比,考虑共同作用后,上部结构的内力和桩顶的反力都增大,筏板沉降和筏板内力都减小,说明筏板沉降和筏板内力的安全储备较大。因此,在结构工程设计过程中,考虑上部结构、基础和地基共同作用的设计理念和方法与建筑物实际受力特征更相符,设计结果也更合理,同时也要考虑三者共同作用时上部结构和桩顶反力的不利影响。     

软黏土地区超高层建筑共同作用体系时变沉降分析及监测

在进行软黏土地区超高层建筑共同作用体系时变性能分析与设计时,地基基础沉降变形的时变性分析至关重要。从地基基础沉降变形的机理出发,考虑材料、结构及荷载的时变性,对软黏土地区的地基基础沉降变形的时变性规律进行分析,并简要阐述了共同作用时变效应分析方法的基本原理和应用步骤。另外,以上海中心大厦为例,采用数值计算方法及分步加载形式,分析其时变沉降,并与监测数据进行对比,验证了计算结果的合理性及准确性。结果表明,结构封顶时沉降量约占最终沉降量的65%左右;竣工后3年,沉降量占最终沉降量的95%以上;竣工后10~15年,沉降才基本稳定;最终最大差异沉降达30~40 mm;并将时变沉降等效为桩土弹簧刚度,其可用于地基-基础-上部结构共同作用分析,从而验证了共同作用时变效应分析方法的实际操作性。     

Correction of direction reduction factors of extreme wind speed considering the Ekman spiral in the wind load estimation of super high-rise buildings with heights of 400–800 m

The wind direction in the atmospheric boundary layer (ABL) twists with height due to the Coriolis force; this phenomenon is called the Ekman spiral. However, this phenomenon is generally not considered in the present wind load estimation of super high-rise buildings, which may lead to an incorrect estimation and affect the safety of structures. Therefore, this study considers and analyzes the influence of the Ekman spiral phenomenon in the wind direction reduction effect (WDRE) of the wind load of super high-rise buildings. First, this paper proposes an empirical fitting equation for the twisted wind direction angle for a height of 100–800 m according to the classical Ekman spiral theory model (CE model). Subsequently, on the basis of twisted wind, this paper proposes a method for the correction of the wind direction reduction factors (WDRFs) of strong winds considering the influence of the Ekman spiral phenomenon in the design wind load estimation of super high-rise buildings with heights of 400–800 m. A high-frequency balance force measurement test of a square-section super high-rise building model was performed to analyze the influence of the Ekman spiral phenomenon on the WDRE of the aerodynamic force and wind-induced response. Three Chinese cities (i.e., Beijing, Wuhan, and Kunming) are selected as case studies to illustrate the importance and necessity of the correction method. The results demonstrate that the proposed empirical fitting equation accurately determines the twisted wind direction angle at different latitudes and altitudes. Furthermore, estimating the design wind load while considering the WDRE and neglecting the influence of the Ekman spiral phenomenon may lead to a significant underestimation of the wind load of super high-rise buildings, rendering the designed building structure more dangerous.     

我国高度250 m以上超高层建筑结构现状与分析进展

我国250 m以上超高层建筑数量日益增加，超高层建筑由长三角、珠三角地区逐渐向全国其他区域扩展，其中环渤海地区以及部分二线城市中超高层建筑发展迅速。对不同高度的超高层建筑，其常用的结构体系为：框架-核心筒、框筒-核心筒、巨型框架-核心筒和巨型框架-核心筒-巨型支撑结构。分析表明：随着结构高度的增加，巨型框架和巨型支撑应用较多，混合结构在超高层建筑结构中广泛应用。通过实际工程造价分析，研究了建筑高度、抗震设防烈度、结构材料对超高层建筑工程造价的影响。分别从超高层建筑形态空气动力学优化和长周期响应方面，阐明了超高层建筑结构分析、设计中的关键问题。采用黏滞阻尼器可有效降低超高层建筑结构地震响应，对黏滞阻尼器在实际超高层建筑中的应用现状及发展前景进行了简要介绍。     

香港超高层住宅标志性解读

标志性是高层建筑所追求的重要目标。在高层高密度的城市中,标志性超高层住宅在城市形态塑造、空间导向等方面起到重要作用。以香港地区作为研究范围,选择城市和区域两个层级的超高层住宅案例,从建筑形态、建成环境、立面设计等角度解读标志性的构成因素,从而总结出超高层住宅的标志性特点。     

长周期地震动及其在超高层建筑抗震校验中的应用

长周期地震动是由长周期面波叠加放大所形成的长持时地面运动,其孕育条件为大型沉积盆地和远距离大震级地震。长周期地震动作用下的超高层建筑震害明显。简要介绍长周期地震动的震害特点以及国内地震带、大型沉积盆地的分布特点。梳理国内外长周期地震动研究成果和关注热点。给出适用于国内的长周期地震动应对思路。探讨校验长周期地震动的形成、应用,以及超高层建筑响应控制流程。结果表明：国内较多城市有长周期地震动的孕育条件;国内工程界对长周期地震动的研究主要集中在地震动的长周期分量,而不是长周期地震动本身;对按照现行规范设计后的超高层建筑补充长周期地震动的校验分析是较为可行的思路;国内部分区域的超高层建筑有针对长周期地震动进行校验的必要。     

超高层建筑给排水设计与探讨

随着建筑设计方案的复杂化,尤其是对于超高层建筑,其给排水的设计更应该合理灵活地布置。作者紧密结合某超高层建筑给排水工程的设计与施工实践,对超高层建筑中给水系统、热水系统以及给水管的管材选取和管道敷设等问题进行了探讨。     

浅谈福清融商大厦给水排水设计体会

本文根据工程实际设计经验与体会,结合国家规范要求,对超高层建筑给排水系统设计的一些特点展开探讨,从给水系统设计、排水系统设计、消防系统设计等方面论述了给排水管道设计过程中应注意的问题,以保证给排水管道的安全使用。     

应力集中对钢结构厚板脆性破坏的影响分析

伴随超高层和超大跨工程的日益增多,钢结构厚板的使用越来越广泛,厚度的增大导致钢板脆性断裂倾向提高,因此有必要针对厚板的脆性断裂做相关的基础理论研究。本文针对含缺口受拉厚板(60-150mm厚)缺口尖端的塑性应力场进行了有限元和理论分析,特别是对钢厚板的脆性破坏倾向性作了较深入的探讨。结果表明,厚板具有更明显的脆性破坏倾向。     

贝雷架内力规律分析

超高层建筑施工中,钢平台模架体系是混凝土施工的重要装备。在超高层建筑施工智能化液压顶升钢平台模架体系中对设计的单榀贝雷架进行实例分析发现,各杆件在不同等级荷载作用下呈现的内力值是有一定规律的。本文使用同济大学钢结构-空间结构设计软件3D3S进行模拟计算得到跨度21米、24米、27米、30米四种等级荷载作用下单榀贝雷架内力情况,并且总结出相同跨度的贝雷架在不同等级节点荷载作用下的内力规律,以及不同跨度的贝雷架在相同等级的节点荷载作用下的内力规律。     

浅谈高层建筑给水排水工程设计方法

高层建筑因受楼层多、结构复杂等条件的限制,使得其给水排水工程的设计相比其他建筑来讲都要严格,这需要广大的设计人员根据新情况进行不断的探索优化,研究出适应高层建筑需求的给水排水系统。本文将结合笔者自身的相关经验,对高层建筑给水排水工程的相关设计方法做浅要的论述。