超高层建筑施工过程竖向变形控制
超高层竖向变形结构补偿控制施工工法

超高层竖向变形结构补偿控制施工工法一、前言随着城市化进程的加速,超高层建筑的设计和建造已成为当前建筑领域的热点问题。
然而,由于超高层建筑的高度和结构复杂性,对建筑施工过程的各项要求也相应提高。
而在超高层建筑的施工工程中,竖向变形常常是一个不容忽视的问题。
由此,针对超高层竖向变形结构而设计的补偿控制施工工法应运而生。
二、工法特点超高层竖向变形结构补偿控制施工工法主要特点在于可以有效地降低竖向变形带来的不利影响。
具体包括以下几点:1.补偿控制:超高层竖向变形结构补偿控制施工工法,通过采取有效的补偿措施控制竖向变形,从而保证建筑物的总体稳定性。
2.安全可靠:工法可以提高施工过程的安全性和稳定性,减少意外事件的发生概率。
3.高效节能:该工法在施工中可以达到高效和节能的目的,使得工期得到有效控制,更加便捷和经济。
4.施工管理:对施工过程的管理要求更加严格,并且需要专业的技能和经验支持。
三、适应范围超高层竖向变形结构补偿控制施工工法适用于超过100米以上的超高层建筑。
同时,施工单位需要拥有较高的技术实力和施工经验,才能更好的应用此项技术。
四、工艺原理该工法的工艺原理是通过在超高层建筑施工过程中针对竖向变形问题进行制定一套完整和科学的控制策略,来确保建筑物的稳定性和完整性。
其实现过程包括对施工工法与实际工程之间的联系、采取的技术措施进行具体的分析和解释。
其核心的技术措施包括:1.精密测量技术:采用高精度测量仪器对超高层建筑进行实时测量,从而及时掌握其竖向变形情况并作出反应和措施。
2.补偿控制技术:采用特定的补偿控制措施,在保证安全稳定的情况下进行有效的补偿,从而减少竖向变形的影响。
五、施工工艺超高层竖向变形结构补偿控制施工工法的施工过程可分为以下几个阶段:1.准备工作:施工单位需要根据超高层建筑的实际情况和要求,设计施工方案并进行施工前的准备。
包括高精度测量仪器的准备,施工人员的培训等。
2.测量工作:采用高精度测量仪器对超高层建筑进行实时测量,并将数据进行统计和分析,判断建筑物竖向变形的情况。
超高层结构施工时风险控制要点

1.1超高层结构1.1.1核心筒模架系统垮塌与坠落风险1风险因素分析超高层建筑多采用核心筒先行的阶梯状流水施工方式,核心筒是其他工程施工的先导,其竖向混凝土构件施工主要采用液压自动爬升模板工程技术、整体提升钢平台模板工程技术,这两种模板工程系统装备多是将模板、支撑、脚手架以及作业平台按一体化、标准化、模块化与工具式设计、制作、安装,并利用主体结构爬升进行高空施工作业。
由于施工高度高、作业空间狭小、工序多、工艺复杂且受风荷载影响大等施工环境的约束显著,因此,这些模架系统的实际应用最主要的风险是整体或是局部的垮塌与坠落,分析归纳这一风险的因素主要有以下几点:(1)系统装备与工艺方案设计不合理;(2)支承、架体结构选材、制作及安装不符合设计与工艺要求;(3)操作架或作业平台施工荷载超限;(4)同步控制装置失效;(5)整体提(爬)升前混凝土未达到设计强度;(6)提升或下降过程阻碍物未清除;(7)附着支座设置不符合要求;(8)防倾、防坠装置设置不当失效。
2风险控制要点为确保安全,针对超高层结构核心筒模架系统存在的整体或是局部垮塌与坠落风险,结合前述两种类型模架体系的工艺特点,制定液压自动爬升模板系统风险及整体爬升钢平台模板系统风险控制要点。
液压自动爬升模板系统风险控制要点:(1)采用液压爬升模板系统进行施工的设计制作、安装拆除、施工作业应编制专项方案,专项方案应通过专家论证;爬模装置设计应满足施工工艺要求,必须对承载螺栓、支承杆和导轨主要受力部件分别按施工、爬升和停工三种工况进行强度、刚度及稳定性计算;(2)核心筒水平结构滞后施工时,施工单位应与设计单位共同确定施工程序及施工过程中保持结构稳定的安全技术措施;(3)爬模装置应由专业生产厂家设计、制作,应进行产品制作质量检验。
出厂前应进行至少两个机位的爬模装置安装试验、爬升性能试验和承载试验,并提供试验报告;(4)固定在墙体预留孔内的承载螺栓在垫板、螺母以外长度不应少于3个螺距。
超高层建筑及周边建筑的变形监测

超高层建筑及周边建筑的变形监测摘要:随着我国经济建设的发展,城市化的脚步不断进步,高大的建筑在城市中不断增多,但是也这些迅速拔起的高大建筑也给我们带来里一些担忧。
因为在建造这些建筑物的同时,必须要打下深厚的堤基,以是建筑物保持稳定。
这样就要把原来的土地的稳定性破坏掉。
这不仅对于建筑物的本身产生了影响,对周围的建筑物造成了隐患,为了保证其本身及周围建筑的安全性,就要定期的对建筑物进行检测,这就需要专业的变形检测工进行作业,以确保人们的自身安全。
关键词:高层建筑;周边建筑;变形监测现今我国的建筑事业发展迅速,不断有商业建筑、居民建筑等等快速拔起,随着这些高层、超高层的一一建立,城市中的各个行业也不甘落后,都把建筑此向着更高,面积更广的方向发展,施工的速度也不断加快。
因此所带来的安全隐患也大大增加,没有空中楼阁,也没有平地而起的建筑,所以建筑物的高度与宽度决定着地基的大小。
地基的开挖势必会影响性原来土质的稳定性。
所以在惊叹建筑物的雄伟时,潜在的危险也在向人们逼近。
所以变形监测就显得尤为重要。
由于人工监测方法的准确性不高,不能确切地呈现建筑的破损程度。
所以就需要有一个精准的监测系统。
一、超高层建筑结构的相关特点1超高层建筑结构特点超高层的使用材料多种多样,则投入的资金就相对增加,由于它的体积过大,所以其地面损害就越大,由此企业部门还在施工前几施工期间,严格要求建筑的稳定性,及耐受性。
在建筑使用期间,受到材料及人为的影响,容易发生损害,所以对于建筑的安全检查要彻底全面。
超高层建筑可以分为施工期、运营期和老化期。
施工期间主要考虑竖向变形差异,因为其承重构件的竖向变形差异会直接影响施工质量;徐变和收缩因素,超高层建筑中混凝土材料受到徐变和收缩应力的影响,产生的弹性变形会有附加变形,并随着时间逐步增加,所以是不可忽略的;施工过程引起的结构形式改变,会引起内力和变形的变化。
所以超高层建筑不仅进行设计时的理论分析,还要实施全面监测,进而掌握施工情况。
建筑物垂直度的规定及要求

建筑物垂直度的规定1.相关规范:《建筑变形测量规程》JGJ/T 8—97《工程测量规范》GB 50026—93。
2.在土木工程施工中,测量工作是贯穿整个施工过程各个阶段的基础性技术工作。
施工测量工作的内容及其完成情况的准确程度,对工程能否顺利施工及其质量水平起着至关重要的作用。
为此,国家颁布了系统的工程测量和施工验收规范、规程,以指导和规范工程测量技术工作。
应高度的重视施工测量技术、测量管理。
3.施工测量的主要内容:(1)工程场地施工控制测量,主要包括建立建筑平面控制网和高程控制网。
(2)建筑主轴线测量及定位放线。
(3)主体施工测量,包括轴线投测及高程传递。
高层(超高层)建筑物主体施工测量中的主要问题是控制垂直度,即是须将基准轴线准确地向高层引测,要求各层相应轴线位于同一竖直平面内。
因此,控制轴线投测的竖向偏差,并使其偏差值不超过规范、规程允许的限值,是高层建筑施工测量中一件很重要的工作。
(4)建筑变形测量。
其主要内容包括对建筑物实体的沉降观测、倾斜观测、位移观测及裂缝观测等。
(5)施工偏差检测。
各种结构构件及建筑设备,其就位、垂直度、标高等状态,难免会因施工及环境等原因出现偏差。
因此,施工规范、规程及质量验评标准都规定了要对结构施工偏差情况进行检查,并规定了允许偏差值。
4.关于高层建筑施工竖向(垂直度)控制的规定要求。
从以上对建筑施工测量有关内容分类可看出,对于建筑物施工过程,其施工过程的竖向(垂直度)控制,也即轴线投测的控制是非常重要的一环。
轴线投测的准确度直接关系到建筑结构施工质量及安全性。
对于超高层建筑物来讲尤其重要。
因此,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2002)对高层建筑结构施工的测量放线作业及其允许误差作了明确的规定。
其中第7.2.3条,规定了测量竖向垂直度时,必须根据建筑平面布置的具体情况确定若干竖向控制轴线,并应由初始控制线向上投测。
对于轴线投测的误差,规定了层间测量偏差不应超过3mm;建筑全高垂直度测量偏差不应超过3H/10000(H为建筑总高度),且对应于不同高度范围的建筑物,其总高轴线投测偏差有不同的规定。
超高层建筑设计过程变形控制

超高层建筑变形控制1.竖向变形控制一般的多层利高层建筑相比,超高层结构的设计除了需要在结构体系选择、抗震设计、抗风设计等方面有更高的要求之外,还需要考虑非荷载作用下的结构变形和内力分析。
非荷载作用主要包括温度作用和混凝土的收缩、徐变以及地基的不均匀沉降等。
由于超高层结构高度可能在两三百米以上,以及不同竖向构件在压应力水平、材料等方面存在明显差异,还有混凝土材料的徐变、收缩等非荷载作用时,因此超高层结构必然产生不可忽视的竖向变形及差异。
在国外,二十世纪七十年代以后,高层建筑的竖向变形筹问题逐渐引起人们的注意。
美国的Russell H G等人对两幢钢筋混凝十高层建筑竖向变形进行了跟踪测试,其中高197m的Lake Point Tower,经过3年后柱的最大轴向变形超过了200mm;高262m的Water Tower Place经过五年后柱与墙的轴向变形差超过23mm,虽然该建筑在层13~14设有刚性转换层,第32层为刚度很大的设备层,但竖向构件间的轴向变形差异依然很明显。
这些与时间和环境相关的超高层结构竖向构件变形及差异,将使相邻的结构构件及非结构构件产生附加应力,还可能影响设备的安装使用。
国内外的研究者对结构的竖向变形及著异问题进行了分析和探讨。
杨丽、郭忠恭研究了钢筋泓凝土构件徐变和收缩的有关理论和公式,得竖向构件由于徐变和收缩产生的非弹性缩短,认为超过lOOm 的高层混凝十结构应该考虑徐变和收缩的影响。
高层建筑中,核心筒、角柱、边柱的竖向变形差异来自多个方面。
在竖向荷载作用下,各个部位垂直构件的截面轴向应力有高有低。
在结构施工时,核心筒施工往往先于周边框架柱施工,造成结构各部分受荷时间有先有后。
加上混凝土的弹性压缩、收缩、徐变以及温度变化等因素影响,最终会使得结构构件产生可观的竖向变形及变形差异。
这些变形将给设备安装带来不利影响,同时也会在结构中产生附加力矩。
一般而言,当结构超过30层或总高度大于100m时,在施工中就应当对此进行考虑。
超高层结构施工时风险控制要点

1.1超高层结构1.1.1核心筒模架系统垮塌与坠落风险1风险因素分析超高层建筑多采用核心筒先行的阶梯状流水施工方式,核心筒是其他工程施工的先导,其竖向混凝土构件施工主要采用液压自动爬升模板工程技术、整体提升钢平台模板工程技术,这两种模板工程系统装备多是将模板、支撑、脚手架以及作业平台按一体化、标准化、模块化与工具式设计、制作、安装,并利用主体结构爬升进行高空施工作业。
由于施工高度高、作业空间狭小、工序多、工艺复杂且受风荷载影响大等施工环境的约束显著,因此,这些模架系统的实际应用最主要的风险是整体或是局部的垮塌与坠落,分析归纳这一风险的因素主要有以下几点:(1)系统装备与工艺方案设计不合理;(2)支承、架体结构选材、制作及安装不符合设计与工艺要求;(3)操作架或作业平台施工荷载超限;(4)同步控制装置失效;(5)整体提(爬)升前混凝土未达到设计强度;(6)提升或下降过程阻碍物未清除;(7)附着支座设置不符合要求;(8)防倾、防坠装置设置不当失效。
2风险控制要点为确保安全,针对超高层结构核心筒模架系统存在的整体或是局部垮塌与坠落风险,结合前述两种类型模架体系的工艺特点,制定液压自动爬升模板系统风险及整体爬升钢平台模板系统风险控制要点。
液压自动爬升模板系统风险控制要点:(1)采用液压爬升模板系统进行施工的设计制作、安装拆除、施工作业应编制专项方案,专项方案应通过专家论证;爬模装置设计应满足施工工艺要求,必须对承载螺栓、支承杆和导轨主要受力部件分别按施工、爬升和停工三种工况进行强度、刚度及稳定性计算;(2)核心筒水平结构滞后施工时,施工单位应与设计单位共同确定施工程序及施工过程中保持结构稳定的安全技术措施;(3)爬模装置应由专业生产厂家设计、制作,应进行产品制作质量检验。
出厂前应进行至少两个机位的爬模装置安装试验、爬升性能试验和承载试验,并提供试验报告;(4)固定在墙体预留孔内的承载螺栓在垫板、螺母以外长度不应少于3个螺距。
超高层结构间变形不协调的影响及处理措施

超高层结构间变形不协调的影响及处理措施
翟炜;王先龙;王益民;李东华;梁权;巴盼锋
【期刊名称】《建筑技术》
【年(卷),期】2018(49)7
【摘要】针对国瑞·西安国际金融中心核心筒与外围混凝土框架间可能存在的变形不协调问题,分析了结构间变形不协调的各方面影响,提出一种通过调控胶凝材料弹性模量实现混凝土徐变主动控制使核心筒与外围混凝土框架间变形协调的思路,为控制超高层结构间变形不协调提供了一种新的方法.
【总页数】3页(P769-771)
【作者】翟炜;王先龙;王益民;李东华;梁权;巴盼锋
【作者单位】北京建工集团有限责任公司,100055,北京;北京建工集团有限责任公司,100055,北京;北京建工集团有限责任公司,100055,北京;北京建工四建工程建设有限公司,100075,北京;北京建工四建工程建设有限公司,100075,北京;北京建工集团有限责任公司,100055,北京
【正文语种】中文
【中图分类】TU745.1
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1.基于时变效应的超高层结构施工过程与建成初期竖向变形分析 [J], 朱江
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3.三塔连体超高层结构施工阶段竖向变形研究 [J], 袁智杰;孙广俊;伍小平;李鸿晶;
孔磊
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高层建筑竖向变形施工阶段控制措施探讨

建 筑 科 学
高层 建 筑 竖 向变 形施 工 阶段 控 制 措 施 探 讨
许先锋 张 燕 ( 宁市职业 技术 学院 山东济 宁 2 2 3 济 7 0 7) 摘 要: 结合 高层 建筑结 构特 点 , 探讨 了施工阶段控 制竖 向变形控钢措施 , 为高层建 筑的施 工应 用与参考 , 高层建 筑结构 变形控 制具 可 对 有重 要 意 史 。 关键 词: 工过 程 竖向变形 控 制措施 施 中图 分类 号 : u 0 2 T 一 2 文献 标 识 码 : A 文 章编 号 : 6 2 3 9 ( 0 0 0 () 0 7 — 1 1 7 — 7 1 2 1 ) 2c一 0 8 0
随着 建筑物高 度和跨 度的不断 增加 , 式 中 d 为 第n 剪 力墙 或 柱 的 找 平 补 n 层 竖 向变 形 及 竖 向 变 形 差 异对 建 筑 结 构 的 影 偿 值 } 与 △ 1分别 为本 层与 下 一层 的 累 △1 ) 1 响越来越显 著, 因而 在 高 层 建 筑 的 设 计 施 积 变 形 “ 已发 生 值 ” 在 实 际施 工 中 , 以通 。 可 工 过 程 应 当 采 取 必 要 的 措 施 减 少 这 种 影 过 调 整 每 层模 板 的 高 度 和 混 凝土 的浇 筑 高 响 。 层 建 筑 施 工 过 程 中 荷 载 逐 步 施 加 于 度 来 实 现 随 层 找 平 补 偿 。 高 结 构 之 上 , 时 结 构 的 抗 力 也 是 逐 步 成 型 同 韵 , 工 期 结 构 的 受 力 和 变 形 状 态 不 同 于 3 施工期 间变形监测 施 设 计 时 的 完 整 结 构 , 年 来 针 对 混 凝 土 的 近 高 层 建 筑 结 构 的 变 形 监 测 , 结 构 施 为 收 缩 徐 变 对 高 层 建筑 物 的影 响 的 研 究 方法 工 期 间 的 变 形 状 态提 供 了实 时 数 据 。 过 通 均 考 虑 结 构 的 建 造 过 程 。 减 小 高 层 建筑 对 变 形 数 据 的分 析 和 与 理 论 计 算 的 对 比 , 为 在 施 工 期 间 的 竖 向变 形 , 高 层 建 筑 施 工 就 可 以得 到 结 构 体 系 在 当前 施 工 进 程 下 的 在 阶 段 , 合理 安 排 施 工 进 度 , 行 施 工 补偿 变 形 状 态 , 为 确 定 下 一 个 施 工 阶 段 的 变 应 进 并 及加 强施工监测 。 形控 制 措 施 提 供 了决 策 依 据 。 通过 “ 测一 监 施 工 调 整 一 监 测 一再 调 整 ” 样 不 问 断 的 这 控 制 循 环 , 能 使 整 个施 工 阶 段 高 层 建筑 就 1 合 理安排施工进度 合理 地安 排 竖 向结 构 构 件 的 施 工 顺序 结构 的变 形 处 于 可 控 状 态 “ 变 形 的 监测 。 和 施 工 进 度 , 控 制 结 构 的 竖 向 变 形 差 异 对 是 比较 有效 的 。 了更 好 地 控 制 结 构 的 竖 为 向变 形 , 在 合 理 设 计 与 采 取 有 效 施 工 措 应 施 的 情 况 下 , 综 合 比较 分 析 后 , 经 合理 安 排 施 工 进 度 。 于 高 层 混 合结 构 体 系 , 对 即钢 框 架 一混 凝 土 核 心筒 结构 , 施 工 时 , 心 筒 在 核 领 先 施 工 能够 提 前 发 展 混 凝 土 的 徐变 与收 缩 , 而 减 小 柱 、 间 的 整 体 竖 向变 形 差 从 筒 异 。 由于 混 凝 土 的徐 变 、 缩 会 引起 连 接 但 收 柱 、 的 钢 框 架 梁 产 生 很 大 的 附加 弯 矩 和 筒 剪 力 , 构 件 带 来强 度 破 坏 的 危 险 。 给 当核 心 筒领先施 工的层数过大时 , 会 产生反 向 还 差 异( 心 筒 的竖 向变 形大 干 钢 框 架柱 ) 因 核 。 此 , 安 排 施 工 进度 时 , 须 控制 核 心 筒 的 在 必 领 先 施工 层数 。 在施 工实 践 中 , 当结 构 的 体 型 比较 规 则 、 单 , 当 地 已建 工程 在 结 构 简 与 形式 、 度 上 有较 强 的可 比性 时 , 工 单 位 高 施 可 以 根据 以往 经 验 和 以 类似 工程 的 做 法 作 为 参 考 , 确 定 核 心 筒 的 领 先 施 工 层 数 [。 来 2 】 时 间 , 当 在 建 筑 结 构 在 施 工 期 间其 几 何 应 形状 发 生 改 变 , 及 施 工 环 境 发 生 较 大 改 以 变时予以进行。 ( ) 向 变 形 监 测 的 实 施 , 每 层 核 心 1竖 在 筒与 楼 板 施 工 前 、 应 进 行 ; 楼 板 跟 进施 后 在 工 以 前 , 框 架 柱 在 首 层 柱 安 装 完 毕 后 进 钢 行首 次 观 测 , 后 在 每 个 补 偿 段 段 施 工 完 以 毕 后 施测 一 次 。2 首 段核 心 筒 先 行施 工 , () 且 在 钢 框 架 还 没 有 跟 进 施 工 时 , 于 完 全 悬 处 臂状 态 的 核 心 筒 由于 没 有 钢 框 架 的侧 向支 承 , 此时 混 凝 土 弹 性 模量 较 低 , 构 侧移 且 结 刚度 小 。 此 在 浇 筑 每 层 混 凝 土 前 应 进 行 因 水 平 变形 监 测 。3 当 气温 变 化 剧 烈时 , 考 () 应 虑 温 度 对 竖 向 变 形 的 影 响 , 进 行 竖 向变 应 形监测 ; 当施 工 遇 大 风 天 气 , 进 行水 平变 应
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超高层建筑竖向变形控制1.变形差产生原因和危害与一般的多层利高层建筑相比,超高层结构的设计除了需要在结构体系选择、抗震设计、抗风设计等方面有更高的要求之外,还需要考虑非荷载作用下的结构变形和内力分析。
非荷载作用主要包括温度作用和混凝土的收缩、徐变以及地基的不均匀沉降等。
由于超高层结构高度可能在两三百米以上,以及不同竖向构件在压应力水平、材料等方面存在明显差异,还有混凝土材料的徐变、收缩等非荷载作用时,因此超高层结构必然产生不可忽视的竖向变形及差异。
在超高层建筑中,核心筒、角柱、边柱的竖向变形差异来自多个方面。
在竖向荷载作用下,各个部位垂直构件的截面轴向应力有高有低。
在结构施工时,核心筒施工往往先于周边框架柱施工,造成结构各部分受荷时间有先有后。
加上混凝土的弹性压缩、收缩、徐变以及温度变化等因素影响,最终会使得结构构件产生可观的竖向变形及变形差异。
这些变形将给设备安装带来不利影响,同时也会在结构中产生附加力矩。
常规结构设计中重力荷载一般采用线弹性静力分析,结构一次生成,荷载一次施加,然后与活荷载、风、地震等荷载进行线性组合,而没有考虑结构的刚度、荷载是逐步完成的,实际上结构生成和重力荷载的施加是一个逐层生成的过程。
对于超高层建筑结构,不考虑整个结构随着施工过程逐层找平,重力荷载逐层施加这一实际结构生成状况,将使得上部结构过早参与下部结构的变形协调,引起结构尤其是上部结构变形和内力畸形。
2.国内外工程研究现状在国外,二十世纪七十年代以后,高层建筑的竖向变形筹问题逐渐引起人们的注意。
美国的Russell H G等人对两幢钢筋混凝十高层建筑竖向变形进行了跟踪测试,其中高197m的Lake Point Tower,经过3年后柱的最大轴向变形超过了200mm;高262m的Water Tower Place经过五年后柱与墙的轴向变形差超过23mm,虽然该建筑在层13~14设有刚性转换层,第32层为刚度很大的设备层,但竖向构件间的轴向变形差异依然很明显。
这些与时间和环境相关的超高层结构竖向构件变形及差异,将使相邻的结构构件及非结构构件产生附加应力,还可能影响设备的安装使用。
国内外的研究者对结构的竖向变形及著异问题进行了分析和探讨。
杨丽、郭忠恭研究了钢筋混凝土构件徐变和收缩的有关理论和公式,得竖向构件由于徐变和收缩产生的非弹性缩短,认为超过lOOm 的高层混凝土结构应该考虑徐变和收缩的影响。
3. 国内现行规范对竖向变形差的要求我国现行的《商层建筑混凝十结构技术规程》(JGJ3—2010)要求在设计过程中对超高层结构考虑柱、墙竖向变形及差异问题进行考虑。
JGJ3—2010中5.1.9条:宜超过5层。
表6.1是上海地区的统计结果。
4. 竖向变形计算方法在上世纪六十年代以前,考虑混凝土的徐变和收缩一直被认为是纯学术问题,而且主要是研究混凝土材料本身的依时特性。
直到七十年代国际上才逐渐研究高层建筑中混凝土徐变收缩引起的竖向变形问题,H.G.Rusell等撰文介绍了他们对两幢钢筋混凝土高层建筑竖向变形的跟踪测试,并提出了竖向变形的一种简化计算方法,但该方法假定结构一次性加载,不考虑结构施工逐步加载。
随着近十年来混合体系在世界各地的广泛使用,竖向变形差问题显得更加突出,形成了一些估算竖向变形的方法,如下图所示,竖向变形的计算流程目前的预测和估算方法和实际之间的差异主要有:(1)基本上为构件层次,没有考虑结构连续及内力重分布的调整作用:(2)没有考虑结构逐步成型的,不能利用最终结构进行计算;(3)超高层建筑施工过程中荷载(主要是自重)是逐步施加的;(4)没有考虑施工过程中逐层找平对竖向变形差异的调整作用。
这方面的理论研究已经滞后于工程实践的需要。
目前还没有完善的理论进行计算,比较准确的计算方法是施工模拟。
4.1 超高层建筑的施工模拟方法4.1.1 逐层激活算法为了避免一次加载或简化施工模拟方法引起的误差,在高层建筑结构设计中,应优先采用逐层激活法( 又称为逐步激活法) ,通过有限元软件中的“生死单元”技术,先将所有结构单元杀死,此时其自重、荷载等结构属性均为零,然后按结构实际施工顺序,逐层对结构单元进行激活,使其自重、荷载等结构属性恢复其初始值,直至整体结构最终形成。
这种“生死单元”技术,通过杀死未建结构单元,消除其刚度及荷载对总体刚度及计算结果的影响,可以精确模拟结构刚度逐步形成与各阶段荷载施加的详细过程。
逐层激活法在高层建筑内力及竖向变形计算中具有较为普遍的适用性。
该方法真实地反映了超高层建筑逐层施工的实际过程,但计算量相对较大。
4.1.2 分区激活算法超高层楼层数量很多,400m 高的建筑可达100层左右,施工模拟若采用逐层激活模型计算量很大。
故此,可以在逐层激活法的基础上,考虑采用分区激活法。
分区激活法是将超高层结构沿高度分为若干区段,每个区段包含若干个楼层,在施工模拟过程中,从下至上分区段依次激活。
这种方法计算量大大减小,计算结果误差不大。
4.1.3 特殊结构形式的施工模拟转换结构在实际工程中有多种形式,当上部荷载较大时,可以采用多层托梁转换的方式。
对于转换桁架或环桁架,通常构件高度占用2 ~ 3 个结构楼层,如果沿用逐层施工的模拟方式,将无法得到正确的内力与变形。
此外,对于空腹桁架、交错桁架、悬挂结构等跃层结构,也不能直接采用逐层施工模拟的计算方法。
对于跃层柱,应避免将通高构件形成无水平构件的多段柱。
正确选择在施工模拟中同时激活构件的范围非常重要,每步激活的构件均应能够形成承托上部结构或吊挂下部结构的稳定结构体系。
4. 2 收缩徐变的计算方法迄今为止,国内外对混凝土收缩徐变的产生机理、影响因素、计算方法等进行了深入的理论研究,并且将收缩徐变理论方法应用于建筑结构工程,对高层建筑结构的长期变形进行计算和预测,进而评估收缩徐变对结构受力性能的影响,以便在设计与施工环节采取适当措施减小收缩徐变对结构受力性能的不利影响。
目前用于高层建筑收缩徐变的计算方法主要基于线性徐变理论和叠加原理,超高层建筑徐变计算主要采用按龄期调整的有效模量法与基于叠加原理的逐步计算方法。
按龄期调整的有效模量法通过老化系数反映了混凝土随着时间的发展而不断变小的徐变能力,计算较为简便,精度较高。
在有限元软件中可以根据施工顺序设定按龄期调整的有效模量,徐变的问题可以转化为在弹性模量随时间变化的情况下求解拟弹性变形问题,从而简化了高层建筑等超静定结构的徐变计算,此方法已在上海环球金融中心等超高层结构徐变分析中得到应用。
基于叠加原理的逐步计算方法根据线性徐变理论和Boltzman 叠加原理,按照设定的施工顺序,将每个步骤施工荷载产生的徐变进行线性叠加,可以得到某龄期的徐变。
总变形量等于弹性变形、徐变与收缩量之和。
此方法在超高层建筑结构竖向变形计算中具有较好的适用性,并在上海中心大厦施工过程收缩徐变计算与竖向差异变形引起水平构件次内力分析中取得很好的效果。
5. 竖向变形差的消除方法对于超高层结构的竖向变形差异问题,可以从材料和结构两个方面来拟定解决方案。
从问题的本质来讲,控制徐变与收缩应首先从混凝土材料本身着手,调整混凝土的组成材料及配合比,采用合理的养护方法,尽量减小混凝土的徐变和收缩。
此外设计者应从结构构造方面来解决竖向变形差异问题,以下方案可供选择:1)【抗】为提高侧向刚度,减少水平位移,在某些超高层结构中常设置刚臂加强层。
由于刚臂具有很大的刚度,在设计时可考虑由它来承担竖向变形差产生的内力,充分地利用了刚臂对结构水平及竖向特性的贡献。
2)【放】在结构合适的位置设置柔性节点以适应结构的竖向变形差。
设计者可利用这些关键位置的少量柔性连接来“释放”由于混凝土徐变收缩所引起的次应力和次弯矩。
承重构件与非承重构件之间的柔性连接可避免承重构件将次应力传给非承重构件。
在巨型结构体系中,二级承重构件可通过特殊的节点构造将竖向变形差的影响限制在5-7 层,这层可看作一节,每节之间可以在竖向自由伸缩。
设计这种仅限制水平位移而不限制竖向位移的节点构造是关键。
3)【先放后抗】在水平构件与竖向构件的某些连接部位设置后浇带。
如在芯筒周圈与楼板的连接处设后浇带,从而有效地减少了在楼板中引起次应力。
4)【防】对钢筋混凝土结构建筑,调整竖向构件的配筋率、面积体积比、应力强度比,使各竖向构件的徐变、收缩特性基本一致,从而减小竖向变形差。
至于采用哪种设计对策来抵抗或适应变形差,应综合考虑结构的力学性能和经济性。
此外,拟定合理的施工方案,严格安排竖向结构构件的施工顺序和施工时间差,对控制结构的竖向变形差异也是非常有效的。
6. 施工过程变形差控制方法施工过程中的控制方法可分为两类,一类可称为被动适应方法,另一类可称为主动补偿方法。
6.1 被动控制方法被动方法是先施工徐变量较大的构件,待这些构件完成大部分徐变后再施工与之相连、相邻的构件。
以典型的芯筒外钢框架体系为例,混凝土芯筒常采用滑模施工,芯筒施工超前周边钢框架的安装和楼盖体系的施工。
一般超前的进度为5-15层,超前进度的多少应考虑施工工期和施工操作面的要求,同时考虑到使芯筒混凝土“提前”完成大部分的徐变。
6.2 主动补偿方法如果为了提高施工的整体进度缩短芯筒与周边钢框架之间时间差,可以采用主动补偿方法。
所谓补偿是指周边钢结构柱在下料时考虑到由于弹性压缩及混凝土徐变而产生的竖向变形差,以若干层为一段调整柱的长度,使各层的竖向变形差控制在很小的范围内,不至于给结构造成太大影响。
6.3 被动控制与主动补偿结合被动方法和主动方法在施工中可以同时使用。
7.施工过程楼层标高控制方法以上讨论的是变形差的问题,主要是从结构安全度方面考虑,目的是保证结构安全、设备运行合理。
除此之外,对于施工单位还有一个很重要的问题就是结构验收所面临的标高允许偏差问题。
对于高层建筑的竖向允许偏差,规范规定如下:1)JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程(P159)13.8.12允许偏差,每层10mm,全高30mm。
2)GB50204 混凝土结构工程施工质量验收规范(P36)表8.3.2.1允许偏差,每层10mm,全高30mm。
根据工程实测,实际超高层建筑物的竖向变形远远超过这个限制,如何在施工中满足规范限制,有施工找平法、预调高度法。
7.1 施工找平法施工中是把正在施工的楼层实时调整剑设计标高,从而补偿本层和之前已经产生的竖向变形。
这种方法适合较低的超高层建筑。
由于其后施工的楼层会使已经施工的楼层产生新的竖向变形,因此这种方法的适用性要根据最终变形量进行计算。
变形完成后,楼层的实际标高与设计标高的差异呈现中间大,两头小的特点,上海上海环球金融中心采用施工找平法模拟结果如下图所示。
这种方法的标高控制结果很难达到验收规范要求。