骆志成，张龙生

（1、广州地铁设计研究院股份有限公司 广州 510010；2、广州市设计院 广州 510620）

1 工程概况

本项目地块规划有广汕铁路和穗莞深城际铁路，广州地铁13号线与16号线在此交汇。凯达尔枢纽国际广场规划设计为集办公、酒店、商业、零售购物及休闲娱乐为一体的大型商业综合体，用地面积38 697.1 m2，规划总建筑面积约365 100 m2。如图1所示，项目规划方案由4层地下室，13层裙房，以及两栋超高层塔楼（西塔234.85 m，东塔182.25 m）组成。

图1 项目效果图Fig.1 Project Renderings

西塔 49层，高 234.85 m，建筑面积 92 034 m2，采用框架核心筒结构体系，结构高宽比为4.74，核心筒高宽比为9，属超B 级高度高层建筑［1］。西塔平面呈等边三角形，角部做圆弧过渡，核心筒也为削角等边三角形。采用Midas/Gen 软件对西塔进行施工模拟分析，并考虑混凝土收缩徐变的影响。施工模拟分析的目的，主要是准确模拟施工过程结构的受力变形状态，并且考察剪力墙筒体和框架柱的竖向变形差异，对设计及施工提出指导意见。目前国内也有一些超高层施工模拟的工程实例［2-10］，本工程实例可供后续类似工程作为参考。

2 测点选取

图2 竖向构件测点示意图Fig.2 Diagrammatic Sketch of Text Point on Vertical Member

根据框架核心筒结构体系，如图2所示，分别选取核心筒三个面上的剪力墙测点：墙1 测点、墙3 测点、墙4 测点，以及内部的墙2 测点，作为剪力墙竖向位移的考察对象，再选取与剪力墙测点相对应的外框柱测点：柱1 测点、柱3 测点、柱4 测点，以及角点的混凝土方柱（柱2 测点），分析剪力墙筒体和框架柱的在施工模拟过程中的竖向变形差异，由于篇幅有限，文中仅列出典型测点，墙1 测点和柱1 测点的分析结果。

3 计算模式

Gen 分析模型中，剪力墙采用墙单元，梁柱采用梁单元，楼板荷载分配在梁上。钢管柱采用联合截面定义，考虑钢管与混凝土的协同作用。

为了准确考虑各层竖向位移、位移差以及施工阶段内力变化情况，保证结构的安全性和适用性，施工模拟分析时考虑施工期间材料的时变特性。举例说明C60 收缩徐变定义，收缩徐变函数采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTG D62-2004》；28 d 材龄抗压强度（标号强度）60 N/mm2；相对湿度取70%；构件的理论厚度h0取1 m（先假定此值，程序可以自动计算）；开始收缩时混凝土材龄为3 d。设定C60～C70 的抗压强度发展函数，混凝土材料强度随时间变化特性取CEB-FIP；水泥类型为N，R:0.25。

施工模拟加载方式如表1所示，模型中一个楼层对应一个结构组和荷载组。结构封顶阶段，47层的塔楼部分共分47 个施工阶段，前后工期约为470 d，整个分析过程均考虑收缩徐变的影响。

表1 施工模拟加载方式Tab.1 Loading Mode of Construction Simulation

4 竖向变形分析

4.1 外框柱1及剪力墙1的竖向变形分析

图3为柱1 测点的本层及上部楼层和下部楼层引起的弹性变形和总变形曲线图。从图3中可知：柱1测点最大变形总量为施工完最后一层后的153.7 mm，最大弹性变形总量为84.3 mm，这是不考虑施工找平的最大变形量，一般施工阶段都会进行施工找平，施工找平后下部楼层引起的变形会被消除。

图4为柱1 测点考虑施工找平的竖向变形曲线。从图4可以看出：随着楼层数增加，柱1 测点的竖向变形也增加，最大竖向变形发生在25层为67.6 m，其中弹性变形为39 mm，徐变加收缩变形为28.6 mm，收缩徐变引起的变形占总变形的比例为42.3%。

图3 结构封顶柱1测点竖向变形曲线Fig.3 Curve of Vertical Deformation in Column 1 When Structure Completed

从图5可知，结构封顶时柱1 的最大竖向变形在25层，为67.6 mm，而结构封顶后5年变化为33层的118.1 mm。

图5 结构封顶时和封顶后5年柱1的竖向变形曲线对比Fig.5 Comparison of Vertical Deformation Curves of Column 1 When Structure Completed and 5 Years Later

图6为墙1点的本层及上部楼层和下部楼层引起的弹性变形和总变形曲线图，从图6中可知：墙1点最大变形总量为施工完最后一层后的118.3 mm，最大弹性变形总量为54.9 mm。

图7为考虑找平后墙1 点的竖向变形曲线。从图7可以看出：随着楼层数增加，墙1 点的竖向变形也增加，最大竖向变形发生在26层，为48 mm，其中弹性变形为22.1 mm，徐变加收缩变形为25.9 mm，收缩徐变变形占总变形的比例为54%。

从图8可知，结构封顶时墙1 点的最大竖向变形为26层的48 mm，而结构封顶后5年变化为39层的104.4 mm。

图6 结构封顶墙1测点竖向变形曲线Fig.6 Curve of Vertical Deformation in Wall 1 When Structure Completed

图7 考虑找平影响结构封顶墙1点的竖向变形曲线Fig.7 Curve of Vertical Deformation in Wall 1 when Structure Completed with Leveling Effects

图8 结构封顶时和封顶后5年墙1的竖向变形曲线对比Fig.8 Comparison of Vertical Deformation Curves of Wall 1 When Structure Completed and 5 Years Later

从图9可以看出：封顶时，最大竖向变形差发生在20层，为21.1 mm。弹性变形引起的变形差为18.9 mm，可见，收缩徐变引起的变形差占总变形差10%。

图9 考虑找平影响结构封顶柱1和墙1的竖向变形差曲线Fig.9 Curve of Different Vertical Deformation of Column 1 and Wall 1 when Structure Completed with Leveling Effects

从图10可知，结构封顶时柱1 和墙1 的最大竖向变形差为20层的21.1 mm，而结构封顶后5年变化为21层的32 mm。

图10 结构封顶时和封顶后5年柱1和墙1竖向变形差曲线对比Fig.10 Comparison of Different Vertical Deformation Curves of Column 1 and Wall 1 when Structure Completed and 5 Years Later

5 内力分析

由图11可知，在施工过程中底层框架柱内力变化较为均匀，与预期吻合。

图11 底层柱1随施工阶段的轴力变化Fig.11 The Change of Axial Force at the bottom of Column 1 during the Construction Stage

表2为典型墙柱支座反力在不同情况下的对比，从数据可知，收缩徐变对竖向构件内力影响较小。

表2 封顶5年后典型底层墙柱支座反力Tab.2 Reaction Force at the bottom of the Typical Wall and Column when Structure Completed for 5 year （kN）

由以上分析可以知结构在22层剪力墙与框架的变形差异较大，因此取22层A和A1，B和B1间的梁作为分析对象，考察不同情况下梁的内力情况。梁1为A和A1间的梁段，梁2为B和B1间的梁段。

由表3可知，一次性加载下梁端弯矩和剪力最大。施工模拟考虑收缩徐变时，梁端弯矩和剪力相对较小，收缩徐变对梁内力影响程度比对竖向构件稍大。

表3 22层梁段内力比较Tab.3 Comparison of Internal Force in the beam of 22nd Floor

6 结论

本章主要对西塔塔楼进行施工模拟分析，考虑了材料时变特性引起的收缩徐变对结构竖向变形及内力的影响，得出如下结论：

⑴材料时变特性引起竖向变形占总竖向变形的40%～60%，不考虑收缩徐变变形会低估结构的变形。

⑵封顶阶段，结构的最大竖向变形发生在25～27层，最大竖向变形差发生在结构的20～22层，结构的中间位置，沿上部和下部逐渐变小。结构封顶后5年，由于收缩徐变的影响，结构的最大变形发生结构的33～44层。

⑶施工过程中各构件内力变化均匀合理，这与预期设想相符合。整个施工模拟过程较为准确的反映了真实的施工过程的内力及位移变化情况，施工过程强度，刚度及稳定性都能达到设计要求。

⑷对于工程设计的指导：收缩徐变使高层建筑结构产生较大的竖向变形，必须对结构进行考虑收缩徐变的施工过程分析。相对于混凝土结构构件，钢管混凝土结构构件的徐变变形较小，但仍应给予考虑，否则计算结果误差较大。

数值计算结果表明：使用阶段钢管混凝土柱和核心筒的竖向位移差较大。该差值会引起较大的附加弯矩和附加剪力，在实际工程设计中应尽量考虑该影响。

⑸对于施工过程的指导：为实现设计目标和保证长期使用安全，高层建筑施工时对结构应进行逐层找平，并应考虑到荷载长期效应对结构的影响。