张学臣 杨 迪
(中铁建设集团有限公司南宁分公司,广西 南宁 530000)
某超高层建筑结构构件在变形作用下的内力监测与分析
张学臣 杨 迪
(中铁建设集团有限公司南宁分公司,广西 南宁 530000)
为了研究某超高层建筑结构构件在变形作用下的反应，对3个关键构件在不同时期的内力发展情况进行了监测与分析,研究结果表明，竖向构件内力、联系钢管混凝土柱与核心筒的钢筋混凝土框架梁的内力和联系钢管混凝土边柱与钢管混凝土角柱的框架梁的内力均在预期设计中得到考虑，并采取了措施，能够达到所设定的性能目标，所采用的分析方法可为类似超高层结构构件在变形作用下的内力分析提供参考。
变形作用，内力分析，超高层建筑
0 引言
超高层建筑结构构件类型较多、数量较大，在各向变形作用下的内力发展情况十分复杂，是该类建筑结构设计的重点，部分学者对此开展了研究[1-5]。为了评估某超高层建筑在竖向变形作用下的内力分布情况，运用有限元软件Midas/Gen分别对竖向构件、联系钢管混凝土柱与核心筒的钢筋混凝土框架梁和联系钢管混凝土边柱与钢管混凝土角柱的框架梁三类关键构件在不同时期的内力分布情况进行了监测和分析；结果表明，通过对各关键构件采取措施，其性能可达至预期设计目标。
1 工程概况
广西九洲国际大厦位于南宁市琅东新区，地下6层，地上71层，裙楼9层，建筑总高度301.6 m，总建筑面积约21.43万m2，采用钢管混凝土柱框架—钢筋混凝土核心筒结构和钢筋混凝土梁板楼盖。为满足建筑立面造型及平面使用功能的要求，西侧两根φ1 500×35钢管混凝土角柱在地下1层通过两根φ1 100×25钢管混凝土斜撑转换为两根φ1 100×22钢管混凝土柱，东侧两根φ1 450×32钢管混凝土角柱通过两根φ1 050×25钢管混凝土斜撑转换为两根φ1 050×22钢管混凝土柱，斜撑—柱转换采用倒三角型自平衡受力体系，利用900×950×50×25焊接钢箱梁平衡钢管混凝土斜撑的推力。
2 分析原理
2.1 结构设计软件采用的模拟施工方法
目前，国内常用结构设计软件在计算结构恒荷载时，一般有两种对施工次序的考虑方式：模拟施工1和模拟施工3。模拟施工1采用一次集成整体刚度、分步加恒载的模型，模拟施工3采用了分层刚度分层加载的模型；本工程在进行结构初步设计时采用的是模拟施工3的计算方法，施工模拟3考虑施工找平和分层加载，相对一次加载和模拟施工1的计算模型更符合实际情况。
2.2 仿真施工模拟基本方法
采用的仿真施工模拟方法为正装分析法(又称前进分析法)。
2.3 Midas/Gen施工阶段模拟计算模型
工程的Midas/Gen施工阶段模拟模型采用累加模型进行计算，即在每个施工阶段内输入已经变化的结构体系或荷载进行分析，然后把结果累加到前一阶段分析结果中，最后输出总结果。
3 分析对象
通过Midas/Gen建立有限元模型，对广西九洲国际项目塔楼进行施工阶段仿真分析后得到各个构件的竖向变形与内力，选取了外框架钢管混凝土柱、核心筒及与其相连框架梁进行数据统计、分析。其中柱1、柱2分别为贯通全塔楼的钢管混凝土边柱，柱3为1层～34层的钢管混凝土角柱，墙1、墙2分别为柱1、柱2对应位置的核心筒墙肢。
4 构件内力情况及分析
钢管混凝土柱与钢筋混凝土核心筒之间的竖向变形差异使联系柱与核心筒的水平构件产生附加内力，同时也导致竖向构件内力重分布。长期荷载作用下，混凝土的收缩及徐变性能，导致竖向构件产生竖向变形，使竖向构件间的变形差异发生改变，从而也导致结构的变形与内力随时间而变。
4.1 竖向构件内力
4.1.1 钢管混凝土柱的内力
塔楼范围内的所有钢管混凝土柱各阶段时的轴力如图1所示，图2线形含义同图1。
施工完成时，塔楼范围内的所有钢管混凝土柱底部的轴力总和为1 026 521 kN；结构封顶2年时为1 047 377 kN。结构封顶2年时的柱轴力比施工完成时大20 856 kN，约2.0%。
4.1.2 钢筋混凝土核心筒的内力
塔楼范围内所有钢筋混凝土核心筒各阶段时的轴力如图2所示。
施工完成时，塔楼范围内的所有钢筋混凝土核心筒底部的轴力总和为1 593 511 kN；结构封顶2年时为1 573 860 kN。结构封顶2年时的核心筒轴力比施工完成时小19 601 kN，约1.2%。
4.1.3 竖向构件内力计算结果分析
由以上数据可看出，徐变导致的结构竖向变形差异，使竖向构件内力重分布，钢管混凝土柱的收缩徐变效应较小，而核心筒的收缩徐变效应大。钢管混凝土柱轴力随着结构变形差的减小而增大，核心筒轴力随着结构变形差的减小而减小，但变化量不大。在徐变收缩效应下，钢管混凝土柱轴力的增大量与核心筒轴力的减小量相等。
4.2 联系钢管混凝土柱与核心筒的钢筋混凝土框架梁的内力
4.2.1 钢筋混凝土框架梁1柱边梁端弯矩
施工模拟3与仿真施工模拟各阶段，在各楼层中，联系钢管混凝土柱1与核心筒墙1的钢筋混凝土框架梁(梁1)，在柱边的梁端弯矩整理如图3所示，图3线形含义同图4。
从图3可以看出，钢筋混凝土框架梁在柱边的梁端弯矩沿高度由于墙柱变形差异而向右偏移(正弯矩增大)，各施工阶段中，在柱边的最大梁端正弯矩出现在结构封顶后刚刚施加长期恒活荷载的时候，随着时间的推移，钢管混凝土柱与核心筒间的变形差异减小，柱边梁端正弯矩逐渐减小，柱边梁端负弯矩逐渐增大。
4.2.2 钢筋混凝土框架梁1墙边梁端弯矩
施工模拟3与仿真施工模拟各阶段，在各楼层中，联系钢管混凝土柱1与核心筒墙1的钢筋混凝土框架梁，在墙边的梁端弯矩整理如图4所示。
从图4可以看出，钢筋混凝土框架梁在墙边的梁端弯矩沿高度由于墙柱变形差异而向左偏移(负弯矩增大)，各施工阶段中，在核心筒墙边的最大梁端负弯矩出现在结构封顶后刚刚施加长期恒活荷载的时候。随着时间的推移，钢管混凝土柱与核心筒间的变形差异减小，核心筒墙边梁端负弯矩逐渐减小。
4.2.3 联系钢管混凝土柱与核心筒的钢筋混凝土框架梁的内力计算结果分析
施工模拟3计算方法由于不考虑徐变收缩效应，而墙柱变形差异随着徐变收缩变形增大而减小，因此会在很大程度上高估了墙柱之间的变形差异，由此计算得出的由墙柱变形差引致的梁弯矩绝对值偏大。
由图3和图4可以看出，在计算柱边的梁端弯矩时，施工模拟3的计算得出的中部楼层正弯矩偏大，而对于下部楼层及上部楼层梁端负弯矩计算值则偏小较多，在计算墙边的梁端弯矩时，施工模拟3的计算得出的负弯矩偏大。上述特点，在本工程结构设计中已认真考虑，并采取措施，保证结构安全。
4.3 联系钢管混凝土边柱与钢管混凝土角柱的框架梁的内力
4.3.1 钢筋混凝土框架梁3柱2端梁端弯矩
施工模拟3与仿真施工模拟各阶段，在各楼层中，联系钢管混凝土柱2与钢管混凝土柱3的钢筋混凝土框架梁3，在柱2端的梁端弯矩整理如图5所示，图5线形含义同图6。
从图5可以看出，钢筋混凝土框架梁3在柱2端的梁端弯矩沿高度由于墙柱变形差异增大而向右偏移(正弯矩增大)，并在徐变效应影响下正弯矩持续增大。
4.3.2 钢筋混凝土框架梁3柱3端梁端弯矩
施工模拟3与仿真施工模拟各阶段，在各楼层中，联系钢管混凝土柱2与钢管混凝土柱3的钢筋混凝土框架梁3，在柱3端的梁端弯矩整理如图6所示。
从图6可以看出，钢筋混凝土框架梁3在柱3端的梁端弯矩沿高度由于墙柱变形差异增大而向左偏移(负弯矩增大)，并在徐变效应影响下负弯矩持续增大。
4.3.3 联系钢管混凝土边柱与钢管混凝土角柱的框架梁的内力计算结果分析
从图5和图6可以看出，钢筋混凝土框架梁3由于2端竖向变形差异较大，导致产生较大的正负弯矩。施工模拟3由于不准确的施工次序与不考虑徐变收缩，低估了柱与柱之间的变形差异，因此低估了钢筋混凝土框架梁3的梁端弯矩。
考虑了实际施工次序与徐变收缩后的梁端弯矩计算结果在31层以上超出了该梁的设计承重力。为了控制变形导致的较大弯矩，在施工阶段应对靠近顶部位置的钢筋混凝土框架梁3设置后浇带以释放梁端弯矩。
5 结语
1)在本工程中，混凝土的徐变导致的结构竖向变形差异，使竖向构件内力重分布，钢管混凝土柱轴力的增大量与核心筒轴力的减小量相等。
2)施工模拟3计算方法由于不考虑徐变收缩效应，但实际工程该效应影响不可忽视，因此在设计和施工中应对墙体和柱的变形给予必要的重视。
3)广西九洲国际项目考虑安全性、合理性、经济性，选用钢筋混凝土框架—核心筒结构，采用钢筋混凝土楼盖，在各个施工阶段，由于边界条件、受荷情况不同，变形差异引起的联系钢管混凝土柱与核心筒间框架梁附加内力也不同；通过施工仿真分析，可知结构构件承载力可满足各施工阶段受力的要求。
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Internalforcemonitoringandanalysisofasuperhigh-risebuildingstructureundertheactionofthedeformation
ZhangXuechenYangDi
(NanningBranchCompany,ChinaRailwayConstructionGroupCo.,Ltd,Nanning530000,China)
In order to study the response of a super high-rise building under the action of the deformation, the monitoring and analysis of the internal forces of 3 key components in different periods were carried out. The results show that, the internal force of vertical member, the reinforced concrete frame beam contact concrete filled steel tubular column with core tube and the reinforced concrete frame beam contact concrete filled steel tube side column with concrete filled steel tube corner columns are considered. And take measures to achieve the set performance goals. The analysis method can be used for the analysis of the internal force of the super high rise structure under the action of deformation.
the action of the deformation, internal force analysis, super high-rise building
1009-6825(2017)23-0038-03
2017-06-04
张学臣(1976- )，男，高级工程师
TU311
：A
