超高層混合結(jié)構(gòu)豎向變形差實測分析

吳 微 （天津市建筑工程職工大學(xué)，天津 300074）

0 引 言

在經(jīng)濟快速發(fā)展的當今，一些超高層建筑不斷的拔地而起，成為地標性的建筑。而如今的這種超高層建筑越來越多的采用混合結(jié)構(gòu)，如鋼框架-筒體結(jié)構(gòu)體系就是超高層建筑采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式，而這種混合結(jié)構(gòu)的豎向變形差問題就成為一個亟待解決的問題。由于混合結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件采用的材料不同，他們的彈性變形不一致，必然產(chǎn)生變形差，而豎向變形差的存在影響水平構(gòu)件的水平度，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加內(nèi)力，嚴重的會產(chǎn)生墻體開裂、幕墻開裂、管道和電梯等受到影響，影響較輕的可采用加固處理的方法解決，影響嚴重的會使結(jié)構(gòu)不能正常使用，帶來安全問題和經(jīng)濟損失。因此，對鋼框架-筒體結(jié)構(gòu)的豎向變形差的研究是一項非常重要的工作，同時對指導(dǎo)工程實際施工具有重要意義。

1 本文研究的工程背景

天津市五號院塔樓工程，坐落于天津市和平區(qū)泰安道以南，南鄰曲阜道，東臨大沽北路，西臨浙江路。總建筑面積181000m2。塔樓地下3層，地上47層，-3層地面標高-14.4m，屋頂高度250.80m，最高點高度252.2m。結(jié)構(gòu)形式為框架—核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒為鋼筋混凝土，外框為鋼管混凝土柱，框架鋼結(jié)構(gòu)與核心筒預(yù)埋鐵板連接形成整體空間結(jié)構(gòu)，圓鋼管柱與鋼梁之間連接為栓焊剛性連接，鋼梁與核心筒為高強螺栓鉸接連接。此工程為超高層混合結(jié)構(gòu)建筑。

2 實測方案

本方案主要實測是在不同施工階段情況下，已完各樓層的核心筒和外框架柱之間的豎向變形差的監(jiān)測。通過對柱筒間水準儀測得的監(jiān)測點核心筒和柱上已固定的鋼釘?shù)母叱滩疃@得二者的變形差，從這個變形差的變化即可知道外框架柱和核心筒在不同工況下的變化情況。監(jiān)測點的平面布置情況如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置及實測構(gòu)件位置

圖2 位置6變形差隨高度的變化

3 實測結(jié)果及分析

由于豎向變形差主要是框架柱與核心筒之間的變形差，所以實施監(jiān)測活動只對框架柱和核心筒間的變形差進行監(jiān)測，而沒有對外框架柱與柱之間的變形差進行監(jiān)控。為與軟件分析作對比，分別從變形差沿結(jié)構(gòu)高度的豎向分布情況和在平面不同位置的分布情況兩方面對監(jiān)測結(jié)果分析。

3.1 變形差在豎向的變化情況

由于在監(jiān)控方案下對不同樓層監(jiān)測工作量較大，隨著施工樓層的不斷增加，對低樓層的監(jiān)測則是有選擇的進行。再則由于事先在柱和核心筒上預(yù)置的鋼釘在施工過程中遭到了破壞，導(dǎo)致對應(yīng)監(jiān)測點數(shù)值的缺失。因此，對豎向變形差隨結(jié)構(gòu)高度的變化分析時，選擇監(jiān)測的數(shù)據(jù)既考慮監(jiān)測點數(shù)據(jù)的完整性，又考慮與軟件分析的平面位置點相對應(yīng)，以便對比分析。對監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理，最終選擇監(jiān)控方案中位置6為研究對象。監(jiān)測數(shù)值是在50層核心筒、49層框架柱施工工況下獲得不同高度處樓層的高程差。為反映變形差的變化情況，把此工況下預(yù)設(shè)點的高程差與初始測得該樓層該位置的高程差相減，即得到該樓層該位置在此工況下的變形差值。根據(jù)不同樓層的變形差值可以畫出變形差隨高度的變化曲線，如圖2所示。

圖3 豎向變形差的平面分布

位置6變形差的變化圖形反映出，隨著樓層的增加先出現(xiàn)增長然后出現(xiàn)反向增大的現(xiàn)象，在35層開始出現(xiàn)最大反向變形差，差值達到-3mm，這與理論分析中總變形差的隨樓層高度的變形趨勢相同，都在結(jié)構(gòu)高度靠上部的樓層出現(xiàn)了變形差由正向負的逆轉(zhuǎn)，只是與軟件分析不同的是發(fā)生變形差轉(zhuǎn)變的樓層有所不同。這是由于在實際施工中為減小豎向變形差采取了措施，再有結(jié)構(gòu)還有兩個施工段沒有完成，都對實際測得的數(shù)值有一定的影響。監(jiān)測位置6是與軟件分析下該位置的變形差變化對比，變形差都隨建筑高度的增加而增大，只是最大值出現(xiàn)的樓層不同，監(jiān)測圖形看出的是在35~38層中，而軟件分析下是在大約施工段16的位置，也就是40多層的位置，由于監(jiān)測未對40層以上部分進行監(jiān)測，所以難以反映上部的變形差變化情況。

3.2 變形差在平面內(nèi)的變化情況

變形差在平面的變化情況是指在某個樓層不同位置框架柱和筒的變形差的大小情況。由于實際施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測點預(yù)置鋼釘?shù)娜笔В瑢?dǎo)致獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)有限。既考慮樓層內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性，又考慮與軟件分析下的樓層相接近的原則。因此，在沿結(jié)構(gòu)高度選取9、21、35、38層作為平面內(nèi)變形差的研究分析。此監(jiān)測數(shù)值是在施工50層核心筒和48層框架時測得，此時由于施工接近尾聲，荷載已基本作用在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)的變形也已基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以測得的數(shù)值更符合實際，能反映真實情況。對此施工工況下的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理，繪制四個樓層的變形差分布圖形如圖3所示。

按監(jiān)測方案的布置要求，一層平面內(nèi)有8個變形差監(jiān)測點，但是由于監(jiān)測點的損毀從而使平面內(nèi)測到的數(shù)據(jù)少于8個，體現(xiàn)在圖3的橫坐標平面位置編號顯示不全。從圖3變形差在平面內(nèi)的分布情況可知，9層和21層的變形差有正值，不完全是負值，高樓層35和38層內(nèi)所有位置點的變形差都為負值，這與軟件分析結(jié)果有相似之處，軟件分析下32層內(nèi)有負值點而44層內(nèi)的變形差全為負值，也就是說隨著樓層高度的增加，其樓層內(nèi)的變形差逐漸由正值轉(zhuǎn)向負值的變化趨勢。對比35層變形差和軟件分析下的32層變形差，由于二者高度相差不大，所以具有可比性。由圖3中能看出位置2在35層中的變形差最小，而軟件計算下的32層該位置的變形差相對較小，所以再次說明軟件分析結(jié)果的正確性。仔細分析監(jiān)測數(shù)值與在軟件中模擬分析下的計算結(jié)果不是完全一致，其原因諸多，如選擇樓層的差異、實際監(jiān)測誤差的存在、施工作業(yè)現(xiàn)場其它的影響因素等。

4 結(jié) 論

對豎向變形差的監(jiān)測結(jié)果分析，可以得出豎向變形差在超高層混合結(jié)構(gòu)中是存在的。變形差隨樓層增加而表現(xiàn)出的變形規(guī)律與施工分析的理論結(jié)果是一致的，只是出現(xiàn)最大值的樓層有所不同，而豎向變形差在平面內(nèi)的分布規(guī)律基本相似，但不是完全相同。施工現(xiàn)場實際監(jiān)測可以在理論計算的前提下真實的反應(yīng)出結(jié)構(gòu)在實際施工中受力及變化情況，為施工過程中分析構(gòu)件的安全提供保障，施工監(jiān)測同時可以驗證模擬施工分析的可靠性，對指導(dǎo)工程實際施工具有現(xiàn)實意義。

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