超高层框架核心筒结构考虑施工过程的竖向差异变形分析与控制

摘要

近年来，随着经济水平的提高，超高层建筑数量迅猛增长，超高层建筑的结构分析也越来越成熟，而在超高层建筑的建造使用过程中，建筑的竖向不均衡变形引起了很多的关注。在超高层建筑这样的竖向受力体系中，结构的自重荷载占结构整体竖向荷载近85%，建筑空间布置上使得构件的尺寸远超普通楼层的构件尺寸，构件本身承担更大的结构内力，竖向荷载作用下产生更大的应力应变，不同的竖向构件间就会产生较大的竖向变形差。对于一个100层的超高层框架核心筒建筑，核心筒的竖向变形在封顶时刻可以达到80多mm。 在超高层建筑分析中，由于结构施工周期长，随结构施工进程的不断发展，结构的整体刚度及自重在不断变化，结构材料混凝土本身随时间性能也在不断地变化，使结构的竖向变形计算十分复杂，针对上述问题，本文进行了以下工作： （1）对超高层建筑竖向差异变形产生的机理进行深入研究和分析，对各国混凝土的强度、弹性模量以及徐变收缩公式进行了归纳研究，并通过MATLAB编写代码，运用巴赞特B3模型中微观预应力固化理论模拟温度对混凝土徐变收缩的影响。结合国内外研究成果，针对影响竖向变形的主要因素：施工组织方式，混凝土材料的时变特性及环境湿度温度等因素，在有限元软件内进行模拟分析，计算结构竖向变形总结竖向变形随楼层的发展规律。通过合理规划工况，进行对比分析，发现影响超高层建筑竖向变形的主控因素。 （2）从结构力学角度出发对超高层建筑中的施工找平以及构件信息进行等效处理，从单个构件的竖向变形简化计算公式的推导拓展到平面单榀框架的简化计算公式，最后实现在实际复杂三维结构的应用，解决了施工顺序，水平构件引起的内里重分布及加强层的刚度改变问题。从结构力学的角度建立超高层竖向变形简化计算公式，并对超高层建筑中，核心筒领先施工方法提出领先层数的计算公式并分析了加强层桁架构件对竖向变形的影响规律。通过合理假定，实现了复杂超高层框架核心筒结构的等效简化和竖向变形的简化理论公式推导计算。 （3）以某真实600m超高层建筑为实际工程案例，首先运用简化公式对该建筑竖向变形进行模拟分析，结合600m超高层这样复杂的典型超高层框架核心筒结构的竖向变形规律进行研究分析，对超高层竖向变形影响因素进行研究分析，总结影响规律。结合简化公式对超高层施工中的典型工况提出可操作的指导意见。

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