高層框架核心筒結(jié)構(gòu)豎向位移差及內(nèi)力分析基于江東花園工程

1、匯報內(nèi)容提綱匯報內(nèi)容提綱1、工程背景2、研究背景3、理論背景4、本文主要工作5、結(jié)論6、展望工程背景工程背景 江東和諧廣場擬建于昆明市北市區(qū)銀河大道西側(cè)。主樓為超高層建筑（高度超限），建筑層數(shù)為地下3層，地上60層，建筑總高度215.1m。 混合框架-鋼骨混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，框架柱采用方鋼管混凝土柱，核心筒外框架梁和次梁采用鋼梁，核心筒內(nèi)采用混凝土梁。結(jié)構(gòu)在第21、40、60層設(shè)置3道鋼伸臂桁架加強層。 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層研究背景研究背景 筒體與墻體的名義軸壓比（ N/(EA) ）不同所引起的豎向位移差將造成： 1、構(gòu)件及設(shè)施變形 2、構(gòu)件內(nèi)附加內(nèi)力主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容1、階段加載2、材料的時變性（

2、fc、E、收縮、徐變）3、筒體超前施工4、加強層封閉方案5、“優(yōu)化”模型理論背景理論背景一次加載法階段加載法 理論背景理論背景),.,1(1,ninjjiii .ij),.,1(,nnnijjii 表示第j層荷載在第i層產(chǎn)生的豎向位移，則一次加載法中第i層的豎向位移 為而階段加載考慮了施工找平，則一次加載法中第i層的豎向位移 為i .可見，式（1）的值大于式（2）的值，且越往頂層，差值越大。（1）（2）一次加載的樓層最大豎向位移在 Z=H 處，最大位移約為階段加載的樓層最大豎向位移在 Z=H/2 處，最大位移約為)2/()(0maxEAHNd)4/()(0maxEAHNdCEB-FIP(MC9

3、0)&SAP2000E的時變模型徐變的時變模型fc的時變模型收縮的時變模型CEB-FIP(MC90)&SAP2000本模型中采用了高強水泥，故s=0.20，Bsc=8 ；名義尺寸：對于墻體來說，即為墻厚；相對濕度為72% ；收縮開始時間取為3天。Add Structure(剛度)Load Object（荷載）加載齡期t0=9d荷載持時t=9d20=180d階段加載參數(shù)混凝土?xí)r變參數(shù)一次加載與階段加載一次加載與階段加載進行施工找平后，核心筒累積豎向變形隨樓層的變化呈現(xiàn)出“頂、底層小，中間層大”的規(guī)律 。由于21層處N/(EA)突變，所以出現(xiàn)拐點。05101520253035010

4、2030405060豎 向 位 移 /mm樓層 一 次 加 載階 段 加 載0102030405060700102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 一 次 加 載階 段 加 載051015202530350102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 一 次 加 載階 段 加 載墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差階段加載階段加載+ +收縮收縮+ +徐變徐變 混凝土的收縮徐變加大了墻體的豎向位移，進而間接加大了柱的豎向位移。 最終減小了豎向構(gòu)件間的位移差。05101520250102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 彈 性彈 性 +收 縮彈 性 +徐 變

5、彈 性 +收 +徐051015202530350102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 彈 性彈 性 +收 縮彈 性 +徐 變彈 性 +收 +徐-5051015200102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 彈 性彈 性 +收 縮彈 性 +徐 變彈 性 +收 +徐墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差對豎向位移的影響比重對豎向位移的影響比重 總的累積豎向變形的組成成分中，彈性變形徐變收縮。筒體的彈性變形占總豎向變形的70左右，而徐變變形約占25、收縮變形約占5 。0510152025300102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 收 縮 變 形徐 變 變

6、 形彈 性 變 形總 變 形05101520253035400102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 收 縮 變 形徐 變 變 形彈 性 變 形總 變 形-5051015200102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 收 縮 變 形 差徐 變 變 形 差彈 性 變 形 差總 變 形 差墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差筒體超前框架筒體超前框架為研究筒體超前不同層數(shù)對結(jié)構(gòu)豎向位移差的影響，本節(jié)建立了三個模型： 筒體超前3層； 筒體超前6層； 筒體超前9層。柱B的豎向位移 筒體超前框架筒體超前框架 筒體超前時，混凝土的收縮徐變造成墻體的豎向位移大；筒體的荷載“提早

7、”作用于框架，使其找平量增大，豎向位移反而減小。筒體超前層數(shù)越多，剪力墻的豎向位移越大，豎向位移差越小 。 05101520250102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 筒 體 無 超 前筒 體 超 前 3層筒 體 超 前 6層筒 體 超 前 9層051015202530350102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 筒 體 無 超 前筒 體 超 前 3層筒 體 超 前 6層筒 體 超 前 9層-4-2024681012140102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 筒 體 無 超 前筒 體 超 前 3層筒 體 超 前 6層筒 體 超 前 9層墻A的豎向位移

8、 柱B的豎向位移 豎向位移差加強層封閉時段加強層封閉時段“立即封閉”（1，2，3）“現(xiàn)行封閉”（0，1，23）“延遲封閉”（0，0，123）主體完成時封閉（0月）裝修結(jié)束后封閉（3月）竣工時，結(jié)構(gòu)的效應(yīng)（0年）竣工3年后，結(jié)構(gòu)的效應(yīng)（3年）“3月+3年” + “延遲封閉” 主體完成3個月后（裝修結(jié)束時）采用延遲封閉模式固定加強層，這一方案在竣工3年后，結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài) 。0月月+0年年 柱子的豎向位移大于墻體位移，而加強層起到傳遞豎向荷載作用。那么越早封閉加強層，荷載就會越早的從柱子轉(zhuǎn)移到墻體。 越早封閉加強層，剪力墻豎向位移越大，柱子豎向位移越小，豎向位移差越小 。05101520250102

9、030405060豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉051015202530350102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉-2024681012140102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差0月月+3年年竣工后：同時具有一次加載和階段加載的性質(zhì)；加強層具有約束構(gòu)件豎向位移的作用；立即封閉時的墻柱豎向位移差最小 。05101520253035400102030405060豎 向

10、位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉0510152025303540450102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉-25-20-15-10-505100102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差3月月+0年年0510152025300102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉051015202530350102030405060

11、豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉-505100102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差 柱子的豎向位移大于墻體位移，而加強層起到傳遞豎向荷載作用。那么越早封閉加強層，荷載就會越早的從柱子轉(zhuǎn)移到墻體。 越早封閉加強層，剪力墻豎向位移越大，柱子豎向位移越小，豎向位移差越小 。3月月+3年年05101520253035400102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉051015202

12、5303540450102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉-30-25-20-15-10-505100102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差竣工后：同時具有一次加載和階段加載的性質(zhì)；加強層具有約束構(gòu)件豎向位移的作用；立即封閉時的墻柱豎向位移差最小 。各工況組位移差的比較各工況組位移差的比較 混凝土在主體完成后的3個月，較自由的進行了收縮、徐變。重要的是這3個月內(nèi)，混凝土還處于早期，是收縮、徐變較大的階段。由此說明，裝修

13、結(jié)束后封閉加強層有助于減小豎向構(gòu)件間的位移差。-15-10-505100102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 0月 +0年0月 +3年3月 +0年3月 +3年-15-10-50510150102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 0月 +0年0月 +3年3月 +0年3月 +3年-15-10-50510150102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 0月 +0年0月 +3年3月 +0年3月 +3年立即封閉豎向位移位移差 立即封閉豎向位移位移差立即封閉豎向位移位移差桁架腹桿內(nèi)力比較桁架腹桿內(nèi)力比較 加強層起到了限制墻柱豎向位移差的作用。那么墻柱的豎向位

14、移差也必將使加強層的腹桿中產(chǎn)生內(nèi)力。并且不同封閉加強層模式，也會帶來不同的腹桿內(nèi)力水平。本節(jié)的主要內(nèi)容為，分析“立即封閉”組與“延遲封閉”組的腹桿內(nèi)力情況。 桁架腹桿內(nèi)力比較桁架腹桿內(nèi)力比較 018917 1824-200-1000100腹 桿 編 號軸向應(yīng)力/MPa1#加強層（21層）3#加強層（60層）2#加強層（40層）018917 1824-150-100-50050100腹 桿 編 號軸向應(yīng)力/MPa1#加強層（21層）3#加強層（60層）2#加強層（40層）018917 1824-200-1000100腹 桿 編 號軸向應(yīng)力/MPa1#加強層（21層）3#加強層（60層）2#加強層

15、（40層）018917 1824-150-100-50050100腹 桿 編 號軸向應(yīng)力/MPa1#加強層（21層）3#加強層（60層）2#加強層（40層）018917 1824-150-100-50050100腹 桿 編 號軸向應(yīng)力/MPa1#加強層（21層）3#加強層（60層）2#加強層（40層）018917 1824-200-150-100-50050100150腹 桿 編 號軸向應(yīng)力/MPa1#加強層（21層）3#加強層（60層）2#加強層（40層） 立即封閉0月+0年各加強層腹桿內(nèi)力 延遲封閉3月+0年各加強層腹桿內(nèi)力 立即封閉3月+3年各加強層腹桿內(nèi)力 立即封閉3月+0年各加強層腹

16、桿內(nèi)力 立即封閉0月+3年各加強層腹桿內(nèi)力 延遲封閉3月+3年各加強層腹桿內(nèi)力 桁架腹桿內(nèi)力比較桁架腹桿內(nèi)力比較 1、竣工時內(nèi)力近于0的桿件，在竣工3年后都產(chǎn)生了較大的內(nèi)力。這是因為，由于墻體收縮、徐變引起的墻柱位移差改變，使桁架腹桿產(chǎn)生了較大的附加內(nèi)力。2、竣工時內(nèi)力較大的桿件在竣工3年后，內(nèi)力會變小或變號。這是因為在施工階段，墻柱位移差增大使加強層腹桿產(chǎn)生附加內(nèi)力；而在使用階段，因墻柱位移差減小而改變加強層腹桿內(nèi)力。立即封閉模式與延遲封閉模式相比，前者加強層腹桿內(nèi)力水平要略小?！皟?yōu)化優(yōu)化”模擬的選擇模擬的選擇 綜合考慮“混凝土筒體超前9層施工”、“主體完成3個月后封閉加強層”、“加強層封閉

17、模式（立即封閉或延遲封閉）” 。-30-25-20-15-10-505100102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 立 即 3月 +0年 +超 前 9立 即 3月 +3年 +超 前 9延 遲 3月 +0年 +超 前 9延 遲 3月 +3年 +超 前 9本文推薦“立即封閉+筒體超前9”作為優(yōu)化模型 豎向位移差腹桿內(nèi)力施工補償“優(yōu)化優(yōu)化”模擬模擬“優(yōu)化模型”是在“階段+收+徐”基礎(chǔ)上，考慮了混凝土筒體超前施工、加強層封閉模式這兩種施工方案。通過改進施工手段，“優(yōu)化模型”很大程度上減小了墻柱豎向位移差，以第43層為例：由13.10mm（階段+收+徐）減小到了-1.34mm（優(yōu)化模型）

18、，位移差總變化量14.45mm，其中筒體超前改變了6.25mm（占43%）、主體完成3個月后采取立即封閉模式改變了8.20mm（占57%）。-20-1001020304050607080900102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 一 次 加 載階 段 加 載階 段 +收 +徐筒 體 超 前 9層立 即 封 閉 （ 3月 +0年 ）優(yōu) 化 模 型優(yōu) 化 模 型 （ 竣 工 3年 后 ）結(jié)論結(jié)論(1) 在階段加載的基礎(chǔ)上考慮混凝土材料的時變，得出彈性變形徐變變形收縮變形的結(jié)論。(2) 混凝土筒體超前外框架的層數(shù)越多對減小豎向構(gòu)件位移差越有利。(3) 裝修結(jié)束后再封閉加強層，對減小

19、墻柱豎向位移差更有利。(4) 竣工3年后立即封閉模式下，墻柱豎向位移差最小、加強層腹桿內(nèi)力最小。推薦立即封閉模式作為加強層封閉方案。(5) 本文建立了優(yōu)化模型，其優(yōu)點為墻柱豎向位移差小且集中于負值區(qū)利于施工補償，推薦工程中應(yīng)用此方案。展望展望1、施工期間的變形監(jiān)測；2、筒體超前外框架施工層數(shù)的確定；3、考慮地基不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響。 thank you& nice day!工程背景工程背景 江東和諧廣場擬建于昆明市北市區(qū)銀河大道西側(cè)。主樓為超高層建筑（高度超限），建筑層數(shù)為地下3層，地上60層，建筑總高度215.1m。 混合框架-鋼骨混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，框架柱采用方鋼管混凝土柱，核

20、心筒外框架梁和次梁采用鋼梁，核心筒內(nèi)采用混凝土梁。結(jié)構(gòu)在第21、40、60層設(shè)置3道鋼伸臂桁架加強層。 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層理論背景理論背景一次加載法階段加載法筒體超前框架筒體超前框架 筒體超前時，混凝土的收縮徐變造成墻體的豎向位移大；筒體的荷載“提早”作用于框架，使其找平量增大，豎向位移反而減小。筒體超前層數(shù)越多，剪力墻的豎向位移越大，豎向位移差越小 。 05101520250102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 筒 體 無 超 前筒 體 超 前 3層筒 體 超 前 6層筒 體 超 前 9層051015202530350102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 筒 體 無 超 前筒 體 超 前 3層筒 體 超 前 6層筒 體 超 前 9層-4-2024681012140102030405060豎 向 位 移 差 /mm樓層 筒 體 無 超 前筒 體 超 前 3層筒 體 超 前 6層筒 體 超 前 9層墻A的豎向位移 柱B的豎向位移 豎向位移差0月月+3年年竣工后：同時具有一次加載和階段加載的性質(zhì)；加強層具有約束構(gòu)件豎向位移的作用；立即封閉時的墻柱豎向位移差最小 。05101520253035400102030405060豎 向 位 移 /mm樓層 不 封 閉立 即 封 閉現(xiàn) 行 封 閉延 遲 封 閉051015202