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豎向變形國(guó)際金融論文
本文以天津諾德英藍(lán)國(guó)際金融中心為例，根據(jù)實(shí)際施工方案和工期，并考慮混凝土的時(shí)間依存特性，通過(guò)有限元分析程序MIDAS/Gen進(jìn)行施工全過(guò)程仿真分析，研究結(jié)構(gòu)核心筒與外框巨型柱的豎向變形及其之間的變形差異，得到以下結(jié)論。
豎向變形國(guó)際金融論文
1計(jì)算參數(shù)
1.1結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)核心筒墻厚隨樓層變化情況如表1所示，結(jié)構(gòu)外框巨型柱截面尺寸隨樓層變化情況如表2所示，結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件材質(zhì)情況如表3所示。
1.2有限元模型通過(guò)MIDAS/GenV800版本建立精確的結(jié)構(gòu)有限元模型，其中梁、柱采用梁?jiǎn)卧M，核心筒墻體采用墻單元模擬，樓板采用板單元模擬(見(jiàn)圖2)。
外框巨型柱為鋼骨混凝土，有限元模型中采用混凝土截面進(jìn)行等效替換(外輪廓尺寸同原設(shè)計(jì)截面)，并采用質(zhì)量等效和剛度等效雙重等效原則。
模擬分析時(shí)考慮施工過(guò)程中混凝土收縮、徐變和強(qiáng)度發(fā)展等因素對(duì)豎向變形的影響，采用歐洲規(guī)范CEB-FIP(1990)，其具體參數(shù)如下:初始齡期2d，外部環(huán)境相對(duì)濕度60%，水泥類(lèi)型為RS∶0.2(快凝高強(qiáng)水泥)，構(gòu)件理論厚度按實(shí)際值。
1.3施工加載順序核心筒剪力墻領(lǐng)先外框巨型柱及鋼梁6層施工，核心筒內(nèi)梁、板及核心筒外樓板落后外框巨型柱及鋼梁4層施工，地上部分施工速率為10d/層。
外框巨型柱為鋼骨混凝土，且混凝土自重大于鋼骨自重的5倍，巨型柱主要彈性變形以及徐變收縮變形發(fā)生在混凝土澆筑后，因此外框巨型柱加載順序同現(xiàn)場(chǎng)巨型柱混凝土澆筑順序。
2施工全過(guò)程計(jì)算分析
本次豎向變形差分析根據(jù)施工方案及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度共分81個(gè)施工階段，主要施工步驟如表4所示。
結(jié)構(gòu)核心筒剪力墻和外框巨型柱的豎向變形主要受到以下幾方面影響:①施工加載順序;②混凝土收縮、徐變及強(qiáng)度發(fā)展(包括齡期影響);③構(gòu)件壓應(yīng)力的差異;④施工過(guò)程中構(gòu)件長(zhǎng)度的調(diào)整。
采用通用大型有限元軟件MIDAS/Gen進(jìn)行施工全過(guò)程模擬分析，得到全部81個(gè)施工階段結(jié)構(gòu)各樓層的豎向變形。
計(jì)算外框巨型柱豎向變形時(shí)，取柱1～8在各樓層的變形平均值;計(jì)算核心筒剪力墻豎向變形時(shí)，取剪力墻4個(gè)角部在各樓層的變形平均值。
2.1結(jié)構(gòu)豎向變形豎向變形測(cè)點(diǎn)位置如圖3所示，結(jié)構(gòu)核心筒與外框巨型柱各層在施工階段最大豎向變形如圖4所示。
由于考慮施工階段對(duì)各樓層標(biāo)高進(jìn)行補(bǔ)償，因此結(jié)構(gòu)豎向變形在底部、頂部較小，在結(jié)構(gòu)中部達(dá)到最大值。
豎向變形分布規(guī)律與理論計(jì)算結(jié)果相符。
巨型柱最大總變形為27.72mm，出現(xiàn)在第38層，其中彈性變形為17.40mm，徐變變形為8.71mm，收縮變形為1.62mm。
核心筒剪力墻最大總變形為30.94mm，出現(xiàn)在第34層，其中彈性變形為16.78mm，徐變變形為10.18mm，收縮變形為4.11mm。
外框巨型柱和核心筒剪力墻的豎向變形組成規(guī)律基本一致:都以彈性變形為主，其次為徐變變形，收縮變形最小;且非彈性變形所占的比例隨著樓層的上升而增大。
核心筒剪力墻豎向變形中徐變變形約為彈性變形的60%，而外框巨型柱豎向變形中徐變變形約為彈性變形的50%。
從圖4中可以看出，結(jié)構(gòu)豎向變形在4個(gè)環(huán)桁架層及相鄰樓層處有相似規(guī)律突變，這是由于環(huán)桁架所在樓層豎向剛度和質(zhì)量突然增大，其相鄰層成為薄弱層。
2.2核心筒與框架柱的豎向變形差結(jié)構(gòu)施工階段核心筒剪力墻與外框巨型柱豎向變形差如圖5所示。
結(jié)構(gòu)在施工階段豎向變形差隨樓層上升而增大，最大值為5.76mm，出現(xiàn)在第56層。
由于在施工階段，連接核心筒與外框的伸臂桁架在一端采用鉸接連接，且在構(gòu)造上采用擴(kuò)大孔，可豎向滑動(dòng)，因此可認(rèn)為伸臂桁架對(duì)減小核心筒與外框的豎向變形差無(wú)約束作用，從而避免了核心筒和外框之間的豎向變形差在伸臂桁架中造成過(guò)大內(nèi)力。
2.3層間壓縮量核心筒和外框豎向構(gòu)件各樓層段層間壓縮變形量如圖6所示。
從圖中可以看出，由于頂部荷載逐步減小，各樓層段層間壓縮量隨樓層上升而減小，由于環(huán)桁架所在樓層豎向剛度突然增大，導(dǎo)致環(huán)桁架層層間壓縮量突然減小。
頂層層間壓縮量增大是由頂層層高增大至9m引起的。
3豎向變形差對(duì)水平構(gòu)件受力性能的影響
結(jié)構(gòu)核心筒和外框巨型柱在施工階段產(chǎn)生了不同的豎向變形，其差值會(huì)在結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件及樓板中產(chǎn)生附加應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成不利影響。
通過(guò)上述分析可知，結(jié)構(gòu)最大的豎向變形差出現(xiàn)在第56層，取該層作為分析對(duì)象，將此最大豎向變形差以初始位移的形式施加于結(jié)構(gòu)中，計(jì)算得到伸臂桁架最大初始附加應(yīng)力為29.64MPa，鋼梁最大初始附加應(yīng)力為13.61MPa，樓板最大附加應(yīng)力為1.7MPa。
4豎向變形調(diào)整措施
在施工過(guò)程中，豎向構(gòu)件隨著施工的進(jìn)行不斷被壓縮，因此施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將相應(yīng)施工樓層的標(biāo)高調(diào)整到設(shè)計(jì)標(biāo)高。
根據(jù)上述施工全過(guò)程模擬分析的計(jì)算結(jié)果，并以正在施工的樓層達(dá)到其設(shè)計(jì)標(biāo)高為標(biāo)準(zhǔn)，估算各層豎向構(gòu)件在各樓層段的長(zhǎng)度補(bǔ)償值。
現(xiàn)場(chǎng)可參考此補(bǔ)償值進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)補(bǔ)償值超出現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整范圍時(shí)，可在工廠構(gòu)件下料時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整。
核心筒和外框巨型柱豎向構(gòu)件各樓層段長(zhǎng)度補(bǔ)償值如圖7所示，核心筒和外框豎向構(gòu)件每5個(gè)樓層長(zhǎng)度補(bǔ)償值詳細(xì)數(shù)據(jù)如表5所示。
5結(jié)語(yǔ)
本文以天津諾德英藍(lán)國(guó)際金融中心為例，根據(jù)實(shí)際施工方案和工期，并考慮混凝土的時(shí)間依存特性，通過(guò)有限元分析程序MIDAS/Gen進(jìn)行施工全過(guò)程仿真分析，研究結(jié)構(gòu)核心筒與外框巨型柱的豎向變形及其之間的變形差異，得到以下結(jié)論。
1)由于在施工階段對(duì)各樓層標(biāo)高進(jìn)行補(bǔ)償，因此結(jié)構(gòu)豎向變形在底部、頂部較小，在結(jié)構(gòu)中部達(dá)到最大值。
豎向變形分布規(guī)律與理論計(jì)算結(jié)果相符。
2)在進(jìn)行超高層結(jié)構(gòu)豎向變形差分析時(shí)，需要考慮實(shí)際施工過(guò)程和混凝土?xí)r間依存特性的影響。
由計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)豎向變形以彈性變形為主，其次為徐變變形，收縮變形最小。
3)結(jié)構(gòu)豎向變形差值會(huì)在結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件及樓板中產(chǎn)生附加應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成不利影響;設(shè)計(jì)、施工時(shí)需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施減小豎向變形差的影響。
4)根據(jù)仿真分析結(jié)果，估算出各層豎向構(gòu)件在各樓層段的長(zhǎng)度補(bǔ)償值，根據(jù)此補(bǔ)償值，工廠可在構(gòu)件下料時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整或者現(xiàn)場(chǎng)在安裝時(shí)進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整。
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