400米以上超高层建筑施工技术基本经验和面临的新课题课件.ppt

400米以上超高层建筑施工技术基本经验和面临的新课题 张希黔教授 博导 2015年6月东南大学 中国建筑总公司 高层及超高层建筑的定义 高层建筑混凝土结构技术规程 规定10层及10层以上的居住建筑及高度超过24米的公共建筑为高层建筑 国际上一般把高度超过30层或100m以上的高楼称之为超高层建筑 1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上 专门讨论并提出高层建筑的分类和定义 其中超高层建筑定义为40层以上 高度100米以上 根据我国 民用建筑设计通则 定义建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 1上海环球金融中心 上海环球金融中心塔楼地上101层 地面以上高度为492m 地下3层 总建筑面积381600m2 主体结构采用由巨型柱 巨型斜撑以及带状桁架构成的三维巨型框架结构 钢筋混凝土核心筒结构和构成核心筒和巨型结构柱之间相互作用的伸臂钢桁架组成的三重结构体系 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 2广州珠江新城西塔 广州珠江新城西塔建筑高度432m 主塔楼为钢筋混凝土核心筒和钢结构外框筒组成的筒中筒结构 中央电视台新台址主楼建筑建筑面积47 3万平方米 地下三层 地上五十二层 高237m 钢结构用钢量达14万吨 塔楼外框筒由水平边梁和双向倾斜柱 支撑形成三角形单元模块 外框筒与屋顶连接成整体 形成主楼的主要抗侧力结构体系 两座塔楼各自整体双向倾斜6 内部核心筒及内柱竖直 悬臂结构共14层 从塔楼37层至顶层外伸 悬臂底面为水平 标高162 200m 顶面与塔楼屋顶位于同一个倾斜面内 塔楼1悬臂外伸67 165m 塔楼2悬臂外伸75 165m 央视主楼效果图 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 3中央电视台新台址主楼 深圳京基100大厦 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 4深圳京基100大厦 深圳京基100大厦位于深圳市罗湖区红宝路南侧 地下4层 地上100层 建筑总高度441 8m 总建筑面积约24万平方米 是目前中国大陆第三高楼 框架 核心筒结构 东塔夜景效果图 1 5广州珠江新城东塔 广州珠江新城东塔 总建筑面积507681平方米 建筑物总高度为530米 塔楼结构形式为带加强层的钢管混凝土巨柱框架筒体结构 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 6武汉绿地中心 武汉绿地中心高606米 共124层 总建筑面积30万平方米 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 7天津117大厦 天津117大厦地下3层 地上117层 总设计高度570米以上 规划建筑面积183万平方米 预计投资270多亿元人民币 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 8深圳平安国际金融中心大厦 深圳平安国际金融中心大厦总建筑面积378600平方米 高度为塔顶646米 屋面588米 共115层 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 9武汉中心 王家墩中央商务区 武汉中心 设计高度428米 共88层 1 已建和在建典型超高层建筑简介 1 10重庆瑞安嘉陵帆影 二期塔楼99层 三期塔楼34层 裙楼6层 建筑高度468米 总建筑面积500710平方米 三期塔楼 34层 总高度174 8米 二期塔楼 99层 总高度468米 裙楼 6层 总高度40 33米 1 已建和在建典型超高层建筑简介 超高层建筑施工的基本经验 一 受力特征 与高度H的关系 1 垂直受力与高度H成正比 2 弯矩与高度H2成正比 钢板剪力墙问题 3 变形与高度H4成正比 阻尼器问题 H 广州东塔钢板剪力墙 3 变形与高度H4成正比 阻尼器问题 二 深基坑施工 深基坑与周边环境 超高层与裙楼沉降差处理 逆作法 大体积砼裂缝控制 1 2 3 4 1 理论发展与关键技术建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业 可缩短工期 建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业 可缩短工期 二墙合一 围护结构变形量小 对邻近建筑的影响小 地下室施工少受风雨影响 有利于土方开挖 地下室施工少受风雨影响 有利于土方开挖 逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基 降低了基坑内地基回弹量 地下室梁柱等节点混凝土浇筑是其施工难点 逆作法 上海环球金融中心位于上海陆家嘴金融贸易开发区 该大厦为集商贸 展厅 办公 酒店 观光 公共设施为一体的综合性多功能超高层建筑 该项目地下三层 地上裙楼6层 塔楼101层 高492m 地下室基坑平面呈不规则四边形 长约200m 宽108 120m 基坑周长614 1m 面积约22468m2 大面积开挖深度17 85 19 85m 裙楼地下室外墙采用 两墙合一 地下连续墙 上海环球金融中心基坑工程 塔楼基坑土方开挖 为满足该工程合同工期 同时有效保护基坑周边环境 工程采取塔楼顺作 裙楼逆作的施工工艺 采用地下连续墙临时围堰将塔裙楼隔开 塔楼先期施工 顺作施工至1FL后 裙楼开始由1FL往下逆作法施工 分层分段拆除临时围堰 对接塔楼 为不影响塔楼材料运输及为塔楼提供重型钢结构构件转运场地 在塔楼边1FL 1 5m高处设置面积约2500m2重型材料堆场 1 基坑工程整体施工部署 2 逆作法施工实施过程 临时围堰 坑内土体加固 深坑土体加固施工完成后在坑内均匀布置40口深井疏干井 沿顶圈梁在坑外均匀布置14口降压水井 在基坑内侧周边均匀布置4个取土平台 塔楼基坑土方开挖采用岛式分层开挖 基坑开挖遵循 对称 均衡 分层 最大限度保证圆形围护结构均匀受力 提前20天进行土体预降水 挖土至 10 5m时启动承压水井 土方开挖至大面积底板底 及时封闭加强垫层 局部深坑分两层开挖土方 施工完成后进行底板施工 底板分三层浇筑 每层浇筑高度4 4 5m 水平向不留设施工缝和后浇带 底板完成后 地下结构采取常规模板满堂脚手架支撑体系顺作施工至1FL 2 塔楼顺作施工 2 逆作法施工实施过程 塔楼底板完成后插入裙楼基坑围护工程 塔楼完成1FL 裙楼分四区及车道区由上往下逆作施工 分层分段爆破拆除临时围堰 对接主楼 施工顺序为一区 二区 三区 四区 车道区依次跳仓对称施工 每区先进行土方开挖 再施工对应的水平结构 依次交叉向下施工至底板 再从下向上依次顺作施工竖向结构 3 裙楼逆作法施工 裙楼基坑施工分区平面示意图 2 逆作法施工实施过程 每区设3 4个取土口 土方采取分层盆式开挖 开挖深度同层高 坑边留土护壁 底板先施工中心岛区 在底板上向围护结构设置抛撑 再进行环岛区土方开挖及底板施工 水平结构施工完毕由下向上顺作施工竖向结构 封闭出土口 完成裙楼地下结构 3 裙楼逆作法施工 基坑竖向施工分层工况图 2 逆作法施工实施过程 上海环球金融中心工程塔裙楼高差达95层 地下结构不留沉降缝 设计通过每层塔裙楼之间留设后浇带来协调两者之间的沉降差异 后浇带宽2 3m 沿塔楼环形布置 后浇带中间布置对撑钢梁的柔性传力带 既能确保裙楼基坑水平支撑力有效传递至主楼 又能有效协调塔裙楼之间的沉降差异 避免底板产生沉降裂缝 设计要求 根据塔裙楼沉降监测数据分析 塔裙楼沉降趋于稳定 方可封闭后浇带 且塔楼至少施工至50F 该工程裙楼施工至底板时 塔楼施工至32层 塔楼最大沉降25 31mm 各层后浇带开始封闭时 塔楼施工至68层 最大沉降38 55mm 此时裙楼最大沉降3mm 塔楼施工至100层时 塔楼最大沉降98 34mm 裙楼最大沉降36mm 与理论计算相比 塔楼沉降值较接近 裙楼差距较大 裙楼未出现反拱现象 后浇带削弱了承担水平力作用的各层楼板整体刚度 加大了围护体的变形总量 使得该工程相对于其他逆作法工程的变形稍大 超高层与裙楼沉降差处理 塔楼 裙楼同步立体交叉施工 施工区域的协调 施工场地 运输通道协调是关键 该工程在塔楼周边1FL 1 5m标高处特设计了由施工主干道跨越裙楼 通向塔楼的临时重车道 重型材料堆场 面积2500m2 将裙楼施工对塔楼影响降至最低 同时裙楼逆作首层楼面为塔楼施工提供大量的材料堆场 施工通道 保证了塔裙楼施工顺利实施 塔裙楼立体交叉施工对高空安全坠落 物体打击 爆破震动等施工安全带来很大隐患 裙楼与塔楼对接 在裙楼首层施工时完全暴露在塔楼下方 且塔楼已施工较高 只有做好塔楼临边安全防护措施 才能保证裙楼施工安全 为加快施工速度 塔裙楼之间临时围堰及围檩采取爆破方式拆除 围堰紧靠塔楼 要保证塔楼永久结构不能受任何损伤 该工程采取密孔少药量 减小冲击力及振动波 加强防护棚 在围堰爆破对塔楼影响区域内覆盖模板 麻袋等方式对塔楼永久结构进行保护 值得注意的是 逆作法楼面堆载要均衡 要限载 荷载既要在临时钢柱承载范围内 又不能引起钢柱发生不均匀沉降 以免拉裂楼板 同时要等楼板强度达85 方可堆载 塔裙楼立体交叉施工 楔形锁口接头 底板与地下墙间埋设注浆管 采用大直径圆形围护体系 利用圆拱效应 充分发挥混凝土材料的抗压性能 对基坑变形控制相当出色 100m直径的圆形围堰 仅靠三道围檩 无任何内支撑 土体开挖深度17 85m 电梯井深坑达25 85m 基坑最大变形仅30 1mm 成功保障了周边建筑物 地下管线及围护结构的正常运行 地下连续墙楔形锁口接头 外侧劈裂注浆加强止水 大大提高地下墙间整体刚度 传力性能及止水性能 该工程底板与地下墙接头处除采用常规止水措施外 还采用预埋注浆管加强两者之间的止水 若发现底板与地下墙之间有渗水 仅需要在相应的注浆管接头处进行压力注浆 充分填实之间的渗水毛细孔缝隙 止水效果双保险 大体积砼裂缝控制 大体积混凝土温度裂缝控制关键技术 1 原材料优选 2 配合比优化 3 约束条件的优化 4 混凝土入模温度优化 5 混凝土浇筑方案优化 6 混凝土养护和二次滚压 7 构造钢筋的设置 8 温度监测及反馈 通过仿真技术分析研究 提出了超厚底板混凝土裂缝控制技术 实现了基础底板超长 100m 超厚 最厚4 5m C40超大体积混凝土42小时一次连续成功浇筑28900m3 体现了现代混凝土施工新水平 该技术获国家级工法 为当时国内单次浇筑方量之冠 底板超长 100m 超厚 最厚4 5m C40超大体积混凝土42小时一次连续成功浇筑28900m3 上海环球金融中心工程 CCTV新址 CCTV新址 地铁振动对地下永久结构施工期及运营期影响研究 深圳星河发展中心 深基坑与周边环境 地铁交通荷载研究地铁振动在土体介质中的传播规律研究地铁振动对地下结构影响问题研究 实测及分析 地铁振动舒适度问题的研究 实测及分析 振动对周边环境影响实测 三 主体结构施工 1 施工部署及施工顺序是否合理 三 主体结构施工 2 主要施工设备选择中央电视台及深圳证券工程M1280D塔吊 上海环球金融中心工程M900D及M440D塔吊 广州西塔工程M900D塔吊 京基100大厦工程M900D塔吊 沈阳恒隆工程ZSL2700塔吊 太原湖滨工程ZSL1000塔吊 形成了超高层建筑施工中的大吨位动臂式塔吊的施工技术集成 塔式起重机施工技术塔式起重机的选型塔式起重机的爬升塔式起重机的撤除在风作用下塔吊的安全施工研究 混凝土泵送技术混凝土输送泵混凝土泵管混凝土布料机 高性能混凝土的 三高三低三自 三高 高可泵性 高强度 高耐久性三低 低收缩 低成本 低水化热三自 自密实 自养护 自流平 通过反复试验研究 研制出JGJC多组份复合高性能混凝土 有效解决了混凝土大流动性与抗离析稳定性之间的矛盾 1 上海环球金融中心创造了将C40结构混凝土一次泵送至492m高度的国内纪录 2 广州西塔工程创造了将C80高强混凝土一次泵送到400m高度的国内更高记录 3 深圳京基工程创造了将C120高强混凝土一次泵送到417m高度的世界记录 3 砼核心筒的爬模 核心筒上平台爬模系统 核心筒下平台爬模系统 4 钢结构施工 钢结构吊装 钢结构现场焊接 钢结构工程少量塔楼外框筒钢柱因超重 按设计不能再分节 必须对节点进行分离吊装 在节点分离部位形成长达14 88m的超长斜立向焊缝 见左图 在最大节点部位焊缝金属填充量为1100公斤 两条对称焊缝 需要52名合格焊工连续焊接约70小时才能完成 根据规范要求在焊接完48小时后用超声波对焊缝进行夹渣 气孔 裂纹等内部缺陷探伤检测 15天后用超声波进行延迟裂纹检测 以确保焊接质量 钢结构施工过程中的垂直度控制 竖向变形控制 内力控制 异种材质焊接控制是超高层复杂巨型钢结构安装的技术难题 我们从分析材料的时变特性出发展开研究 垂直度控制 竖向变形控制 内力控制 异种材质焊接控制 钢结构安装四大控制难题 超高层钢结构安装关键技术 环带桁架 超高层钢结构安装关键技术 依据环带桁架的安装及焊接顺序 基于ABAQUS平台进行焊缝收缩的理论预测 首次提出巨型钢柱 反向预调 的垂直度控制技术 即事先将巨型钢柱反向预调到计算值 焊接收缩后回归到设计位置 超高层钢结构安装关键技术 有效解决了焊接对巨型钢柱垂直度影响的技术难题 最终大楼垂直度偏差仅为32 8mm 经查新 在国内外均无相关报道 最终大楼垂直度偏差仅为32 8mm 超高层钢结构安装关键技术 巨柱反向预调安装实况 理论分析计算 模拟计算 超高层钢结构安装关键技术 为了解决竖向变形导致的结构实际标高与楼层设计标高差不一致的技术难题 我们通过数值模拟 计算分析 现场监测研究 首次提出 超高巨型钢柱竖向变形的主动补偿控制关键技术 补偿竖向变形导致的长度损失 实现475m高巨型钢柱设计标高的精确控制 SRC柱竖向变形示意 SRC柱安装及标高测量实况 超高层钢结构安装关键技术 伸臂桁架附加内力形成机理 伸臂桁架斜腹杆临时连接 内力释放点 超高层钢结构安装关键技术 提出 伸臂桁架被动适应安装技术 有效解决了内筒外框变形差造成巨型钢结构附加内力难以控制的技术难题 斜腹采用高强螺栓临时固定 变形趋于稳定后焊接连接 超高层钢结构安装关键技术 未焊过渡段铸钢件 已焊过渡段铸钢件 超高层钢结构安装关键技术 2019 12 19 59 可编辑 这一焊接技术的转变 解决了超高空现场条件下钢结构异种材质的焊接技术难题 保证了本工程170万延米焊缝一次探伤合格率达98 6 超高层钢结构安装关键技术 1995年建成的武汉国际贸易中心大厦是一座地下2层 地上55层的超高层建筑 高211 8m 总建筑面积超过13万m 大厦为钢筋混凝土筒中筒结构 内筒和四角均为剪力墙结构 外筒为框架 水平结构为无粘结预应力密肋梁楼板 梁宽200mm 梁高550 650mm 间距800 850mm 每层密肋梁数量为144根 内筒及角部板厚100mm 密肋板70mm 内筒剪力墙厚650mm 300mm 框架梁 柱宽1350mm 550mm 混凝土强度等级 11层以下为C55 12 23层为C50 24 35层为C45 36层以上为C40 采用墙 柱 梁整体液压滑模施工技术 5 整体滑模施工技术 武汉国际贸易中心大厦 武汉国际贸易中心 1 工程概况 武汉国际贸易中心大厦的滑模面积属于当时全国第一 一次滑模面积2300 采用6吨位千斤顶 F48 3 5钢管支承杆在结构体内外混合布置等滑模措施均为国内首创 且体外采用工具式钢管支承杆 滑模施工技术达到了国际先进水平 整体液压滑模从 0 000开始起滑 采用 滑二浇一 的方法进行 即先滑N层墙 柱 梁 后滑N 1层楼板 然后N层剩余部分与N十1层连续滑模 施工缝设在每层密肋梁下200mm 武汉国际贸易中心 2 滑模施工工艺 剪力墙和框架柱以上 密肋梁下200mm高度范围内 标准层为楼面以上2 75m处 按一般滑模方法进行 以145 170mm h的滑升速度将混凝土浇至密肋梁下200mm处 框架柱与剪力墙同步滑升 当混凝土浇至框架梁底标高处 解除框架柱 梁插板与滑升模板的连接 滑模平台 密肋梁滑模平台布置 当模板上口滑至框架梁底下800mm处时 标准层为楼面以上1 2m处 开始支框架梁底模板 随着滑模上升 绑扎框架梁的底部钢筋 箍筋 腰筋 直至完成 当模板上口滑至框架梁底标高以上300mm时 浇筑框架梁混凝土 浇至密肋梁下200mm止 采用空滑措施 在4h内将模板滑升200mm 使模板脱开混凝土 模板上口提升至密肋梁底标高处 竖向结构滑模施工混凝土浇筑 楼层结构滑模施工混凝土浇筑 在N层墙 柱滑模的同时 进行N一1层的支模 扎筋 浇筑混凝土并养护等工作 当墙及框架梁的混凝土浇至施工缝标高时 在提升架横梁下提前绑扎密肋梁钢筋 在N一1层的密肋梁上支撑N层密肋梁底模 梁的钢筋放入底模上 并将全部模板滑升到梁底标高以上200mm 开始第二次浇筑混凝上 先浇墙 柱及框架梁400mm高度的混凝土 再浇一部分密肋梁的混凝土 200mm 当模板上口滑升至楼板底标高时 进行密肋梁第二层混凝土 约280mm 及墙和框架梁剩余部分的浇筑 从第二层浇筑后4h起 密肋梁 包括梁高范围内的墙及框架梁 浇筑时间控制在24h内 滑升速度平均55mm h 在梁滑模的同时 绑扎上一层模板高度范围内的墙 柱钢筋 当梁的混凝土浇筑完成后 接着继续上一层的浇筑和滑模 1 理论发展与关键技术 利用GPS技术在建筑物外设立了临时观测基准点 GPS外控点 以GPS外控点作为施工定位基准点 形成施工定位外控网 从而以外控网对轴线的控制取代了传统的以内控点进行施工定位的作业模式 GPS外控基准网的作业模式具有精度高 对施工干扰小 使用方便 可操作性强等优点 利用GPS外控基准网可以一次测定到位 防止误差的传递和积累 对任意施工层面均可控制 其平面定位精度为 5mm 高程精度为 5mm 观测基准点相互不通视 变换观测基准点均不影响观测精度 选择楼层施工控制网基点的约束较少 各点之间可以不通视 点数和点位也可以根据实际要求变化 均不影响定位精度 6 高层建筑GPS测控技术 重庆大学主教学楼工程 重庆大学主教学楼是集办公 教学 科研于一体的现代化综合性大楼 建筑造型优美 结构复杂 智能化程度高 位于重庆大学校园A区中部 地理位置较为显要 它的建设成功将为重庆大学的科研 教学及为西部建设培养高级专门人才发挥重要作用 本工程总建筑面积约为70032m2 占地面积12000m2 主楼地下3层 地上27层 高 121 30m 裙楼分为两个部分 地下两层 地上分别五层 六层 高分别为 20 30m 23 50m 重庆大学主教学楼 2 高层建筑GPS测控技术实施过程 重庆大学主教学楼GPS检测内控点图 GPS监测轴线控制坐标系的建立 GPS外控网的确立 重庆大学主教学楼GPS外控点分布略图 2 高层建筑GPS测控技术实施过程 施测仪器 2 高层建筑GPS测控技术实施过程 现场施测 现场施测 建筑物垂直度控制结果 GPS动态监测点位分布示意图 环境激励下动态特性GPS监测的测试 监测点 GPS1 相对于基准点 GPS3 的三维时程曲线 环境激励下动态特性GPS监测的测试 实施效果 基于GPS技术建立的GPS外控基准网 其GPS外控点相互独立 可一次测定到位 防止了误差的传递和积累 测定精度高 对任意施工层面均可控制 其平面定位精度为 11mm 高程精度为 8mm 基于GPS定位控制技术 其数据测定和分析均使用计算机处理 测定速度快 避免了人为误差的产生 基于GPS定位控制技术 获得的高层建筑物振动频率 周期 能准确反映建筑物的环境激励动态特性 为高层及超高层建筑施工提供了准确的定位数据 如施工纠偏 纠扭等 从而提高了建筑施工质量 通过本项目的研究表明 GPS控制技术能准确监测建筑物的环境激励动态特性 对提高建筑工程施工质量及保障结构安全具有重要的现实意义 建筑虚拟施工技术是将以虚拟现实为基础的仿真技术应用于建筑施工领域 利用虚拟现实技术建立建筑物的几何模型和施工过程模型 对施工方案进行实时 交互 逼真地模拟 验证对比和优化 进而采用数字化手段制定和修改施工方案 并逐步代替传统的施工方案编制方法 1 理论发展与关键技术 7 虚拟现实技术 上海正大商业广场 虚拟施工的程序 上海正大商业广场 上海正大商业广场位于上海浦东陆家嘴 工程总占地面积达3 1万m2 建筑物东西长约260m 宽约100m 地下三层 地上九层 总建筑高度50m 总建筑面积24 3万m2 结构主要包括屋面钢框架 钢结构天窗 观光走廊 钢结构大楼梯和钢结构天桥五大部分 工程中使用的钢构件共约3000余件 总吨位约5600吨 主要集中在八层以上 钢结构施工的特点及难点在于 超长超重构件多 最大跨度38m 最大重量48t 截面类型复杂多样 且多分布在建筑物腹地和顶部 安装就位标高也极不统一 运输通道及吊装空间狭窄 工期紧 在硬件方面 采用了SGL Onyx2 高档图形工作站 操作系统为IRIX平台 在软件方面 使用了Deneb公司的虚拟现实软件Envision作为设计 分析和制定施工方案的交互虚拟环境的平台 它提供了一个高级的 基于物理的3D环境 能导入几乎所有格式的CAD数据 精确地代表了与真实系统相关的几何数据和运动特征 从而实现实时的运动学仿真和动力学仿真 3D建模软件主要有MechanicalDesktop Pro Engineer Solidedge等 编程环境采用VB VisualC GSL编程环境 2 虚拟施工技术实施过程 系统开发软 硬件平台 钢筋混凝土框架结构模型华东建筑设计研究院提供了与本课题相关图纸3000余份 全部为AutoCAD绘制 其中绝大部分为钢筋混凝土框架结构图纸 土建部分建模工作量十分庞大 如果不充分利用现有的二维AutoCAD图形文件 必须花大量时间去重新生成二维图 为充分利用好二维AutoCAD图形文件资源 选择MechanicalDesktop3 0为建模软件 它与AutoCAD无缝集成 采用这个方案避免了土建图形重新生成二维草图 提高了建模精度 2 虚拟施工技术实施过程 建模及静态组装 钢结构构件 塔吊和桅杆起重机的建模形状比较复杂的钢结构主要采用造型功能十分完备的三维造型软件Pro engineer完成 以 slp的格式输入PRO文件中 塔吊和桅杆起重机的零件则利用参数化功能强大的Solidedge 以 wrl的格式输入VRML 最后在Device模块中将零件组装成机构模型 Envision本身自带的简易造型CAD模块 也可以进行简单的三维建模和修改 这样 灵活运用Envision与各三维造型软件的不同接口 充分发挥各造型软件的优点和长处 取得了很好的效果 同时 在建模时注意到 各模型的几何特征要力求简单 以减少系统计算的工作量 提高运算速度 2 虚拟施工技术实施过程 建模及静态组装 将楼面 大楼梯 天桥 钢结构件 塔吊和桅杆等模型输入Envision模块 根据功能特征 组成多个Device 机构 在Envision模块中 Device为可独立运动的最小单元 通过对Device的定位 组装好了整个建筑模型 2 虚拟施工技术实施过程 建筑模型组装 虚拟模型 建模及静态组装 正大广场钢结构吊装工程虚拟施工是建立在模型量大 仿真运动构件多 动画渲染效果要求严的基础上 从1 模型的处理2 摄像机和灯光的使用3 材质的使用4 漫游过程路径的设置四个方面进行工作 模型浏览与漫游的结果是令人满意的 2 虚拟施工技术实施过程 模型浏览与漫游 2 虚拟施工技术实施过程 运动模拟 起吊中间弧形天窗的屋架过程中的动态模型 特地设立了一个模拟吊装指挥的构件 它本身没有动作 主要工作是协调 指挥 接受单个吊装动作完成的信号 并且发出下一个动作开始的信号 这样使整个程序模块化 易于调整修改 2 虚拟施工技术实施过程 实时干涉检测 桅杆起重机A与托架梁发生干涉时的图像 在吊装试验过程中 单依靠视觉判断是否存在构件干涉是不够的 因为三维模型显示在二维屏幕上存在视觉误差 因此加入了构件的实时干涉检测功能 当构件之间出现碰撞干涉时 相应的构件将呈警戒色 3 关键技术及创新点 虚拟现实平台选择与二次开发上海正大钢结构吊装虚拟施工以SGI Onyx2 图形工作站和相关虚拟外设为硬件平台 以虚拟现实软件Envision为方案设计 分析的交互操作环境 在此基础上补充开发相关应用模块 由二维设计图纸快速建模生成精确的三维模型对于大量相同内容造型 尺寸无需更改的土建结构 采用非参数化建模方式 从原二维图形文件中提取轮廓 通过实体拉伸 布尔运算 坐标变换 空间阵列等方法的组合和VB编程 开发的软件工具能迅速生成单层或多层建筑模型 较好解决了大量二维设计图纸快速精确的三维模型重构问题 对结构较复杂 有变异造型 约束较多的构件 如大楼梯 天桥等 采用参数化建模方式 从二维图形文件提取可供参考的外形轮廓特征 通过添加约束 材料特征等手段 迅速生成构件模型 建立可直接调用的参数化构件库 模型简化由于模型规模大 为解决其快速显示问题 采取了将几何实体模型转换为带有物理属性的面片方式进行简化 经过多次简化以面单元构建运动仿真所需的三维模型 并且采用层次细节技术 提高了仿真的显示速度 吊装仿真与方案优化根据初步设计的构件吊装方法和吊装顺序 对每个吊装过程采用GSL编程实现单个构件的吊装仿真 实现了对施工全过程的计算机仿真 经过对各种施工方法的仿真结果的分析 获得最佳的施工方案 系统中加入了构件的实时碰撞检测功能 在吊装仿真过程中 当构件或设备之间出现干涉时 相关构件或设备的颜色将发生变化 同时 系统实现了记录和回放运动过程的功能 可以对仿真的各种施工方案多次回放 比较研究 建立了部分虚拟建筑设备库建立了部分虚拟建筑设备库 如塔吊库 桅杆起重机库 包括三维模型 系列几何参数 承重参数 物理属性等 能为不同规格的设备实现集成模型 创新点 实现了较大规模模型的快速显示上海正大的模型规模大 通过将几何实体模型转换为带有物理属性的面片 经过多次简化以115 800个面单元构建了运动仿真所需的三维模型 并且采用层次细节技术 提高了仿真的显示速度 解决了课题涉及的较大规模模型的快速显示问题 实现了反运动学 逆作 模拟在双机抬吊的构件运动 如果采用正运动学模拟 运动位置确定困难 构件驱动不准确 通过编程实现协调运动比较困难 探索采用运动物体移动的位置变化反向驱动 从就位点反算构件运动轨迹和设备运动变化 以较小的计算量实现构件的吊装协调 准确运动 解决了碰撞干涉检查显性实时显示问题引进动态显示中的信息通道概念 对多运动件中各种干涉和干涉警告信息进行提取 运算结果可视化 将可视化图像与颜色变化覆盖相关构件 实时直观变化 解决了多点同时吊装运动中的实时干涉检测显性显示问题 实现了记录和回放机制记录机制不是图像的录制 而是根据实时交互操作生成程序 为确定虚拟施工方案提供初步程序方案 通过建立记录和回放机制 便于施工仿真过程中发现问题 保留问题 解决问题 超高层建筑建设发展应考虑的主要方面 超高层建筑建设 安全 功能 绿色环保 施工方案优化 11 超高层建筑施工对环境影响分析及控制 10 虚拟现实施工技术的新发展及应用 8 温度等间接作用对超高层建筑施工的影响及控制 7 超高层建筑施工期风致响应及控制技术 9 基于测量机器人的4D空间信息定位控制技术 6 超高层建筑钢 混凝土竖向变形控制研究 2 超高层建筑施工期结构抗火安全技术 5 超高层建筑施工期性能实测及工况转换 1 超深地下工程施工对环境安全影响研究 12 400米以上超高泵送混凝土集成技术研究 3 钢板混凝土组合剪力墙混凝土裂缝问题 4 超高层建筑施工期抗震关键技术 1 超深地下工程施工对环境安全影响研究 1 1地铁振动对地下永久结构施工期及运营期影响研究 深圳星河发展中心 1 超深地下工程施工对环境安全影响研究 地铁交通荷载研究地铁振动在土体介质中的传播规律研究地铁振动对地下结构影响问题研究 实测及分析 地铁振动舒适度问题的研究 实测及分析 振动对周边环境影响实测 1 超深地下工程施工对环境安全影响研究 1 2当地地质条件下超深基坑破坏模式研究 基于当地地质条件 研究超深基坑开挖过程及相关施工全过程 土 石 的变形规律及破坏机理 分析原因 制订合理方案 1 超深地下工程施工对环境安全影响研究 1 3超深基坑土 支护墙 桩 体相互作用规律研究 控制基坑变形 优化方案设计的要点 随着我国建设规模的扩大和城镇化进程的加速 建设工程现场火灾数量呈增多趋势 火灾危害呈增大趋势 超高层建筑施工期结构抗火安全研究十分重要 上海环球金融中心施工期火灾 央视新址配楼施工期火灾 2 超高层建筑施工期结构抗火安全技术 应减少火灾危害 改善结构抗火性能 保护人身和财产安全 9 11事件中的美国世贸双塔 莫斯科电视塔高层起火 2000年 3 钢板混凝土组合剪力墙混凝土裂缝问题 裂缝产生的主要原因 1 剪力墙钢板面大 而且对混凝土约束强 2 混凝土强度高 C80 C60 3 早期失水收缩大 4 配合比优化不够 建议措施 1 对钢板及混凝土进行实体测试 探明钢板及混凝土收缩与约束情况 2 优化结构设计 增加细而密的钢筋网片构造措施 3 优化配合比 减少水泥用量 使用优质膨胀剂等 4 加强施工养护 自养护 喷水养护等 5 优化模板构造 模板内侧加海绵内衬 6 优化钢板剪力墙混凝土浇筑方案 如探讨跳仓法施工 合理设置诱导缝等 结构行为与控制抗震设防标准 结构抗震性能合理损伤破坏机制 大震下破坏准则 变形控制 巨震倒塌合理机制 合理设计地震动地震动的长周期特性地震动的空间相关性地震动的随机性设计地震动参数 结构分析与数值模拟结构非线性行为的模型化方法非线性分析方法巨震倒塌数值模拟 高大柔多 抗震设计与措施大震设计方法抗震措施抗倒塌设计方法与措施消能减震技术应用 4 超高层建筑施工期抗震关键技术 超高层建筑合理倒塌模式与控制措施研究超高层建筑倒塌模式合理性评价方法研究超高层建筑基于时空需求的合理倒塌模式研究超高层建筑倒塌模式影响因素与保障方法研