某带伸臂桁架超高层施工模拟分析

某带伸臂桁架超高层施工模拟分析

胡艳容

恒大地产集团有限公司518054

摘要：结构的核心筒和外框架柱由于受徐变、收缩和强度增长等影响，在施工阶段和使用阶段，其应变总是不断地变化，产生不同的轴向压缩量。因此，施工模拟时需考虑材料时间依存性的非荷载作用的影响。本文采用MidasGen对某带伸臂桁架超高层进行施工模拟分析。分析表明，主体结构施工完成后核心筒和外框柱竖向变形差引起的伸臂桁架附加内力不可忽略，收缩、徐变引起的内力占全部内力的比值约15%～30%。在主体施工完成5年左右，基本达到稳定值。

关键词：施工模拟；伸臂桁架；竖向变形差

引言：

考虑实际施工顺序和加载条件的不同，结构应进行施工模拟分析。施工阶段的不同，相邻构件的龄期也存在差异。结构的核心筒和外框架柱由于受徐变、收缩和强度增长等影响，在施工阶段和使用阶段，其应变总是不断地变化，产生不同的轴向压缩量。因此，施工模拟时需考虑材料时间依存性的非荷载作用的影响。本项目在第12、25和38层，分别设置有沿Y向布置的伸臂桁架。结构核心筒和外框架柱的变形差异，将会影响桁架的受力。

本节通过考虑非荷载作用的施工模拟分析，研究顺序分层施工及材料时间依存性对结构主要构件的受力、变形等的影响，分析核心筒和外框架柱变形差对伸臂桁架产生的附加内力，确保结构在施工及使用阶段的安全。分析采用MidasGen软件，考虑混凝土收缩、徐变及强度增长等影响，分析时间为施工开始至主体结构施工完成20年。

一、工程概况

本工程位于深圳市，以其中1座46层办公楼为例，标准层层高为3.700m，房屋主要屋面高度为186.150m。结构体系为框架-核心筒结构。

由于在Y向的位移角不满足规范[1]要求，为了提高结构的侧移刚度，项目在第12、25和38层，分别设置有沿Y向布置的伸臂桁架。结构模型示意图见图1。

假定施工步骤如下：（1）底部两层整体施工，进度为12d；（2）标准层6d一层，核心筒先于外框架施工6层，即施工n+1外框架时，同时施工n+7层核心筒；（3）为消除或降低部分构件在重力荷载作用下的附加内力，伸臂桁架弦杆先铰接后刚接；（4）核心筒内楼盖假定与核心筒同步施工，核心筒外楼盖按第（2）条施工；（5）幕墙施工和室内装修施工完成，塔楼投入使用，即产生活荷载；（6）模拟至施工完成后20年。

图2框架柱属性变形

可以看到，主体结构完工时，核心筒竖向最大变形发生在中部，这是因为施工模拟分析考虑逐层找平。随着时间增长，由于混凝土收缩徐变，变形继续增大，上部楼层由于累积效应，变形增长较快，最大变形楼层位置向上推移；外框柱竖向变形整体分布规律与核心筒类似。

（二）竖向变形差

主体结构施工完成1年、5年、10年、20年后最大竖向变形差见下表。

图3XB1及XB2轴力随时间的变化

可以看出，XB1受拉，XB2受压，在主体施工完成后，XB1和XB2端部由铰接改为刚接，所受轴力有较大的减小；继而随着时间增长，轴力又有逐渐增大，在主体施工完成5年左右，基本达到稳定值。其中，收缩、徐变引起的内力占全部内力的比值约15%～30%，因此设计中应予以考虑。设计时要考虑非荷载作用下伸臂桁架的内力，复核构件承载力。

四、结束语

通过施工模拟分析，可以得出以下结论：

（1）主体结构完工时，由于逐层找平的原因，最大竖向变形发生在中部。随着时间增长，由于徐变收缩累计效应影响，核心筒最大变形楼层向上推移。

（2）主体施工完成20年，Z1最大竖向变形为99mm，在21层；W1最大竖向变形为60mm，在37层。

（3）主体结构施工完成后核心筒和外框柱竖向变形差引起的伸臂桁架附加内力不可忽略，收缩、徐变引起的内力占全部内力的比值约15%～30%。在主体施工完成5年左右，基本达到稳定值。

参考文献：

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]GB50011－2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.