超高层建筑竖向变形分析

2017-09-15

福建质量管理 2017年14期

关键词：徐变层数荷载

(广州大学土木工程学院广东广州 510006)

超高层建筑竖向变形分析

吴城斌

(广州大学土木工程学院广东广州510006)

高层超高层的快速发展，结构分析的难度急剧增加，竖向变形对工程安全有着重要的影响，导致结构不均匀沉降。文章从混凝土早期强度、加载方式、核心筒领先层数初步进行分析，讨论了在施工模拟过程中更准确的研究分析。

竖向变形；徐变；收缩；加载方式

一、引言

随着改革开放的进行，中国经济达到高速发展，国内建筑发展形式得到蓬勃的增长，越来越多的高层以及超高层出现在各大城市。未来五年，中国将主导超高层建筑的开发市场，占据全世界超高层建筑建成总数的71%。数据显示，在全球已经建成的超300米的建筑达到了79座，其中有25座在中国，占全球总量的31.6%。在建的超高层，也就是超300米的，现在有125座，其中有78座在中国，占了62.4%。下表一为国内部分超高层建筑。

表一国内超高层建筑

二、影响因素

由上图表可以得出超高层建筑的发展大多数采用钢混结构，钢框架跟混凝土核心筒混合结构。相对纯混凝土结构具有质量轻、强度大等特点，核心筒结构保证结构具有较大的吸能抗震作用，从而保证超高层建筑具有较强的抗震性[1]。在超高层结构施工建造过程中，竖向变形是影响结构安全重要的一方面，文章从以下几个方面来分析其因素。

(一)混凝土早期强度

混凝土作为超高层建筑的主要材料，其强度值随着时间的发展而变化。在混凝土的收缩徐变研究过程中，提出了各种混凝土收缩、徐变预测模型，例如CEB-FIP(MC90)、ACI209R-82、ACI209R-92、BP-KX等模型。其中CEB-FIP(MC90)模型预测精度较高，运用较为成熟，适用于在平均温度和平均相对湿度为的环境中的混凝土结构。

1.混凝土收缩

混凝土收缩是指在无应力作用下，混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小的现象。水灰比、水泥种类、细骨料和粗骨料对混凝土收缩影响最大，而；构件尺寸，包括表面积和体积、构件厚度、养护条件、包括养护方式和养护时间等也是影响其收缩的重要因素。收缩在混凝土变形中占到的比例不大，但是也需要在设计中考虑到这种因素。

2.混凝土徐变

徐变是在应力和荷载不变的情况下，材料在时间的作用下所发生的变形，而时间的发展具有相当长的作用性。混凝土的材料特性跟其他材料具有较大的区别，在混凝土变形中，后期徐变占到相当大的比例。例如60层房屋为例，在施工完成后的三年内混凝土徐变才能大部分完成，这在工程设计中，严重需要考虑的因素。超高层建筑中大部分采用的是钢-混结构，钢梁钢柱刚度大，变形少，而核心筒混凝土在徐变过程中收缩大，形成位移差，这对结构稳定性形成很大危害性。

(二)加载方式

1.一次加载法

一次加载从字面上理解可得是一次把竖向荷载施加在建筑结构上面。用这种方法在软件模拟中容易实现，在计算中容易得出结果，但是结果的情况跟实际的有很大的区别，在对全结构进行计算，这种计算方法没有考虑到施工找平措施，以及结构在施工过程中刚度变化，在荷载的作用下，竖向变形形成累计效应，从而导致建筑施工过程与模拟数据显示的结果会越来越大，这跟实际的情况明显不符。

2.分层加载

分层加载是一种近似施工模拟加载方法。在计算过程中结构的模型保持不变，这跟一次加载方法一样，但是两者在荷载分析中存在着区别，分层加载模拟过程中是将荷载跟实际施工一样，按照一定的顺序加载在结构中，而一次加载是全部一次性的加载在结构中，分层加载在荷载方式中能增加模拟的准确性。

3.阶段加载

在超高层实际施工过程中，核心筒一般会比楼板等领先一定的层数，而柱子、楼板、墙体施工顺序也是不一样的。阶段加载施工模拟方法在工况设定过程中，按照实际施工步骤加载工况，相比前两种方法，能教准确的模拟工程在施工中的竖向变形[2-4]。

(三)核心筒领先钢框架不同层数

实际施工过程中，由于核心筒结构复杂，以及考虑吊塔等方面因素，需要把核心筒的施工较钢框架领先一定层数，但是在不同的工程中需要考虑的因数不同，以下列出了几个超高层的施工现状[5]。