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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，研究結構核心筒與外框巨型柱的豎向變形及其之間的變形差異，得到以下結論。
豎向變形國際金融論文
1計算參數
1.1結構參數結構核心筒墻厚隨樓層變化情況如表1所示，結構外框巨型柱截面尺寸隨樓層變化情況如表2所示，結構主要承重構件材質(zhì)情況如表3所示。
1.2有限元模型通過(guò)MIDAS/GenV800版本建立精確的結構有限元模型，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(shí)考慮施工過(guò)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，采用歐洲規范CEB-FIP(1990)，其具體參數如下:初始齡期2d，外部環(huán)境相對濕度60%，水泥類(lèi)型為RS∶0.2(快凝高強水泥)，構件理論厚度按實(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場(chǎng)巨型柱混凝土澆筑順序。
2施工全過(guò)程計算分析
本次豎向變形差分析根據施工方案及現場(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。
結構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構件壓應力的差異;④施工過(guò)程中構件長(cháng)度的調整。
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)施工階段結構各樓層的豎向變形。
計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結構豎向變形豎向變形測點(diǎn)位置如圖3所示，結構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(jìn)行補償，因此結構豎向變形在底部、頂部較小，在結構中部達到最大值。
豎向變形分布規律與理論計算結果相符。
巨型柱最大總變形為27.72mm，出現在第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(zhù)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，結構豎向變形在4個(gè)環(huán)桁架層及相鄰樓層處有相似規律突變，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構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。
結構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，且在構造上采用擴大孔，可豎向滑動(dòng)，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(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)大內力。
2.3層間壓縮量核心筒和外框豎向構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件受力性能的影響
結構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 )在結構水平構件及樓板中產(chǎn)生附加應力，對結構安全造成不利影響。
通過(guò)上述分析可知，結構最大的豎向變形差出現在第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構中，計算得到伸臂桁架最大初始附加應力為29.64MPa，鋼梁最大初始附加應力為13.61MPa，樓板最大附加應力為1.7MPa。
4豎向變形調整措施
在施工過(guò)程中，豎向構件隨著(zhù)施工的進(jìn)行不斷被壓縮，因此施工時(shí)應進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并將相應施工樓層的標高調整到設計標高。
根據上述施工全過(guò)程模擬分析的計算結果，并以正在施工的樓層達到其設計標高為標準，估算各層豎向構件在各樓層段的長(cháng)度補償值。
現場(chǎng)可參考此補償值進(jìn)行調整，當補償值超出現場(chǎng)調整范圍時(shí)，可在工廠(chǎng)構件下料時(shí)進(jìn)行長(cháng)度調整。
核心筒和外框巨型柱豎向構件各樓層段長(cháng)度補償值如圖7所示，核心筒和外框豎向構件每5個(gè)樓層長(cháng)度補償值詳細數據如表5所示。
5結語(yǔ)
本文以天津諾德英藍國際金融中心為例，根據實(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，研究結構核心筒與外框巨型柱的豎向變形及其之間的變形差異，得到以下結論。
1)由于在施工階段對各樓層標高進(jìn)行補償，因此結構豎向變形在底部、頂部較小，在結構中部達到最大值。
豎向變形分布規律與理論計算結果相符。
2)在進(jìn)行超高層結構豎向變形差分析時(shí)，需要考慮實(shí)際施工過(guò)程和混凝土時(shí)間依存特性的影響。
由計算結果可知，結構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)結構豎向變形差值會(huì )在結構水平構件及樓板中產(chǎn)生附加應力，對結構安全造成不利影響;設計、施工時(shí)需要采取相應的技術(shù)措施減小豎向變形差的影響。
4)根據仿真分析結果，估算出各層豎向構件在各樓層段的長(cháng)度補償值，根據此補償值，工廠(chǎng)可在構件下料時(shí)進(jìn)行長(cháng)度調整或者現場(chǎng)在安裝時(shí)進(jìn)行標高調整。
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