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豎向變形國際金融論文
本文以天津諾德英藍國際金融中心為例，根據(jù)實際施工方案和工期，并考慮混凝土的時間依存特性，通過有限元分析程序MIDAS/Gen進行施工全過程仿真分析，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。
豎向變形國際金融論文
1計算參數(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、柱采用梁單元模擬，核心筒墻體采用墻單元模擬，樓板采用板單元模擬(見圖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行等效替換(外輪廓尺寸同原設(shè)計截面)，并采用質(zhì)量等效和剛度等效雙重等效原則。
模擬分析時考慮施工過程中混凝土收縮、徐變和強度發(fā)展等因素對豎向變形的影響，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)境相對濕度60%，水泥類型為RS∶0.2(快凝高強水泥)，構(gòu)件理論厚度按實際值。
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)場巨型柱混凝土澆筑順序。
2施工全過程計算分析
本次豎向變形差分析根據(jù)施工方案及現(xiàn)場實際施工進度共分81個施工階段，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施工過程中構(gòu)件長度的調(diào)整。
采用通用大型有限元軟件MIDAS/Gen進行施工全過程模擬分析，得到全部81個施工階段結(jié)構(gòu)各樓層的豎向變形。
計算外框巨型柱豎向變形時，取柱1～8在各樓層的變形平均值;計算核心筒剪力墻豎向變形時，取剪力墻4個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點位置如圖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各樓層標高進行補償，因此結(jié)構(gòu)豎向變形在底部、頂部較小，在結(jié)構(gòu)中部達到最大值。
豎向變形分布規(guī)律與理論計算結(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)造上采用擴大孔，可豎向滑動，因此可認為伸臂桁架對減小核心筒與外框的豎向變形差無約束作用，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，其差值會在結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件及樓板中產(chǎn)生附加應(yīng)力，對結(jié)構(gòu)安全造成不利影響。
通過上述分析可知，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
在施工過程中，豎向構(gòu)件隨著施工的進行不斷被壓縮，因此施工時應(yīng)進行實時測量，并將相應(yīng)施工樓層的標高調(diào)整到設(shè)計標高。
根據(jù)上述施工全過程模擬分析的計算結(jié)果，并以正在施工的樓層達到其設(shè)計標高為標準，估算各層豎向構(gòu)件在各樓層段的長度補償值。
現(xiàn)場可參考此補償值進行調(diào)整，當補償值超出現(xiàn)場調(diào)整范圍時，可在工廠構(gòu)件下料時進行長度調(diào)整。
核心筒和外框巨型柱豎向構(gòu)件各樓層段長度補償值如圖7所示，核心筒和外框豎向構(gòu)件每5個樓層長度補償值詳細數(shù)據(jù)如表5所示。
5結(jié)語
本文以天津諾德英藍國際金融中心為例，根據(jù)實際施工方案和工期，并考慮混凝土的時間依存特性，通過有限元分析程序MIDAS/Gen進行施工全過程仿真分析，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)由于在施工階段對各樓層標高進行補償，因此結(jié)構(gòu)豎向變形在底部、頂部較小，在結(jié)構(gòu)中部達到最大值。
豎向變形分布規(guī)律與理論計算結(jié)果相符。
2)在進行超高層結(jié)構(gòu)豎向變形差分析時，需要考慮實際施工過程和混凝土時間依存特性的影響。
由計算結(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)豎向變形差值會在結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件及樓板中產(chǎn)生附加應(yīng)力，對結(jié)構(gòu)安全造成不利影響;設(shè)計、施工時需要采取相應(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)件在各樓層段的長度補償值，根據(jù)此補償值，工廠可在構(gòu)件下料時進行長度調(diào)整或者現(xiàn)場在安裝時進行標高調(diào)整。
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