2020年竖向变形国际金融论文.doc

竖向变形国际金融论文 本文以天津诺德英蓝国际金融中心为例，根据实际施工方案和工期，并考虑混凝土的时间依存特性，通过有限元分析程序MIDAS/Gen进行施工全过程仿真分析，研究结构核心筒与外框巨型柱的竖向变形及其之间的变形差异，得到以下结论。 竖向变形国际金融论文 1计算参数 1.1结构参数结构核心筒墙厚随楼层变化情况如表1所示，结构外框巨型柱截面尺寸随楼层变化情况如表2所示，结构主要承重构件材质情况如表3所示。 1.2有限元模型通过MIDAS/GenV800版本建立精确的结构有限元模型，其中梁、柱采用梁单元模拟，核心筒墙体采用墙单元模拟，楼板采用板单元模拟(见图2)。 外框巨型柱为钢骨混凝土，有限元模型中采用混凝土截面进行等效替换(外轮廓尺寸同原设计截面)，并采用质量等效和刚度等效双重等效原则。 模拟分析时考虑施工过程中混凝土收缩、徐变和强度发展等因素对竖向变形的影响，采用欧洲规范CEB-FIP(1990)，其具体参数如下:初始龄期2d，外部环境相对湿度60%，水泥类型为RS0.2(快凝高强水泥)，构件理论厚度按实际值。 1.3施工加载顺序核心筒剪力墙领先外框巨型柱及钢梁6层施工，核心筒内梁、板及核心筒外楼板落后外框巨型柱及钢梁4层施工，地上部分施工速率为10d/层。 外框巨型柱为钢骨混凝土，且混凝土自重大于钢骨自重的5倍，巨型柱主要弹性变形以及徐变收缩变形发生在混凝土浇筑后，因此外框巨型柱加载顺序同现场巨型柱混凝土浇筑顺序。 2施工全过程计算分析 本次竖向变形差分析根据施工方案及现场实际施工进度共分81个施工阶段，主要施工步骤如表4所示。 结构核心筒剪力墙和外框巨型柱的竖向变形主要受到以下几方面影响:施工加载顺序;混凝土收缩、徐变及强度发展(包括龄期影响);构件压应力的差异;施工过程中构件长度的调整。 采用通用大型有限元软件MIDAS/Gen进行施工全过程模拟分析，得到全部81个施工阶段结构各楼层的竖向变形。 计算外框巨型柱竖向变形时，取柱18在各楼层的变形平均值;计算核心筒剪力墙竖向变形时，取剪力墙4个角部在各楼层的变形平均值。 2.1结构竖向变形竖向变形测点位置如图3所示，结构核心筒与外框巨型柱各层在施工阶段最大竖向变形如图4所示。 由于考虑施工阶段对各楼层标高进行补偿，因此结构竖向变形在底部、顶部较小，在结构中部达到最大值。 竖向变形分布规律与理论计算结果相符。 巨型柱最大总变形为27.72mm，出现在第38层，其中弹性变形为17.40mm，徐变变形为8.71mm，收缩变形为1.62mm。 核心筒剪力墙最大总变形为30.94mm，出现在第34层，其中弹性变形为16.78mm，徐变变形为10.18mm，收缩变形为4.11mm。 外框巨型柱和核心筒剪力墙的竖向变形组成规律基本一致:都以弹性变形为主，其次为徐变变形，收缩变形最小;且非弹性变形所占的比例随着楼层的上升而增大。 核心筒剪力墙竖向变形中徐变变形约为弹性变形的60%，而外框巨型柱竖向变形中徐变变形约为弹性变形的50%。 从图4中可以看出，结构竖向变形在4个环桁架层及相邻楼层处有相似规律突变，这是由于环桁架所在楼层竖向刚度和质量突然增大，其相邻层成为薄弱层。 2.2核心筒与框架柱的竖向变形差结构施工阶段核心筒剪力墙与外框巨型柱竖向变形差如图5所示。 结构在施工阶段竖向变形差随楼层上升而增大，最大值为5.76mm，出现在第56层。 由于在施工阶段，连接核心筒与外框的伸臂桁架在一端采用铰接连接，且在构造上采用扩大孔，可竖向滑动，因此可认为伸臂桁架对减小核心筒与外框的竖向变形差无约束作用，从而避免了核心筒和外框之间的竖向变形差在伸臂桁架中造成过大内力。 2.3层间压缩量核心筒和外框竖向构件各楼层段层间压缩变形量如图6所示。 从图中可以看出，由于顶部荷载逐步减小，各楼层段层间压缩量随楼层上升而减小，由于环桁架所在楼层竖向刚度突然增大，导致环桁架层层间压缩量突然减小。 顶层层间压缩量增大是由顶层层高增大至9m引起的。 3竖向变形差对水平构件受力性能的影响 结构核心筒和外框巨型柱在施工阶段产生了不同的竖向变形，其差值会在结构水平构件及楼板中产生附加应力，对结构安全造成不利影响。 通过上述分析可知，结构最大的竖向变形差出现在第56层，取该层作为分析对象，将此最大竖向变形差以初始位移的形式施加于结构中，计算得到伸臂桁架最大初始附加应力为29.64MPa，钢梁最大初始附加应力为13.61MPa，楼板最大附加应力为1.7MPa。 4竖向变形调整措施 在施工过程中，竖向构件随着施工的进行不断被压缩，因此施工时应进行实时测量，并将相应施工楼层的标高调整到设计标高。 根据上述施工全过程模拟分析的计算结果，并以正在施工的楼层达到其设计标高为标准，估算各层竖向构件在各楼层段的长度补偿值。 现场可参考此补偿值进行调整，当补偿值超出现场调整范围时，可在工厂构件下料时进行长度调整。 核心筒和外框巨型柱竖向构件各楼层段长度补偿值如图7所示，核心筒和外框竖向构件每5个楼层长度补偿值详细数据如表5所示。 5结语 本文以天津诺德英蓝国际金融中心为例，根据实际施工方案和工期，并考虑混凝土的时间依存特性，通过有限元分析程序MIDAS/Gen进行施工全过程仿真分析，研究结构核心筒与外框巨型柱的竖向变形及其之间的变形差异，得到以下结论。 1)由于在施工阶段对各楼层标高进行补偿，因此结构竖向变形在底部、顶部较小，在结构中部达到最大值。 竖向变形分布规律与理论计算结果相符。 2)在进行超高层结构竖向变形差分析时，需要考虑实际施工过程和混凝土时间依存特性的影响。 由计算结果可知，结构竖向变形以弹性变形为主，其次为徐变变形，收缩变形最小。 3)结构竖向变形差值会在结构水平构件及楼板中产生附加应力，对结构安全造成不