超高层结构竖向变形及差异问题分析与处理

第37卷第5期建 筑 结 构2007年5月超高层结构竖向变形及差异问题分析与处理

周建龙 闫 锋

(华东建筑设计研究院有限公司 上海200002)

[提要] 依据欧洲规范EC2关于混凝土弹性模量变化、徐变和收缩的规定,考虑施工顺序加载、混凝土徐变收缩、竖向构件压应力差异、施工过程中构件长度的调整等因素,结合屋顶高381m的南京紫峰大厦超高层结构,分析计算了超高层结构中组合柱与芯筒剪力墙的竖向变形及差异。结果表明,结构封顶后半年时,结构中部的型钢混凝土组合柱会产生最大80mm左右的竖向变形,芯筒剪力墙会产生最大70mm左右的竖向变形;组合柱与芯筒墙的最大竖向变形差可达12mm左右,发生在结构中部偏上。合理安排施工顺序可以使得竖向构件变形差在伸臂桁架中产生的内力较小。

[关键词] 超高层结构 混凝土 弹性模量 变化 徐变 收缩 竖向变形 差异

Analysis and Treatmen t of Vertical De format ion Differe nce of S uper High-r ise Bu ilding Z hou Jianlo ng,Yan Fe ng(Ea st China Arc hitectural De sign&Re se arch Insti tute Co.,Ltd.,Shanghai200002,China)

Abstrac t:The ver tic al defor ma tion difference of super high-rise building is analyse d c ombining w ith Nanjing Zifeng Ma nsion, of which roof is381me te rs hi gh,ac cording to pro visions about e lastic modulus,c reep and shrinkage in Eur ope an code.In

a nalysis,the fa ctors such as construc tion sequence,cree p a nd shrinkage of c onc rete,difference o f press stress of ve rtical

me mbe rs,a djust of c omponents on the proce ss of construc tion and etc a re c onsidered.The re sults of ana ly sis indic ate d tha t

c omposite c olumns occ ur the maximum ve rtical de for ma tion of about80mm,reinfo rc e

d c oncret

e co re shea r wall occ ur the

ma xi mum ve rtical defor mati on of about70mm at middle positi on of the structural height whe n half a year a fter the struc ture roof is c onstructed.The ma xi mum ve rtical de for ma tion difference betwee n co mposite columns a nd shear walls ac hieve s12mm

a ppro xi ma tely.I t is pointe d out tha t a rranging construc tion sequence in rea son will occ ur minor inte rnal force in outriggers

c oming from vertic al deformation diffe rence be twee n co mposite columns an

d sh

e ar walls.

K eyword s:superhigh struc ture;elastic modulus;concre te;c reep;shrinkage;ve rtical de fo rma tion differe nc e

0 前言

二十世纪70年代以后,高层建筑的竖向变形差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土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 To wer Place经过五年后柱与墙的竖向变形差超过23mm,虽然该建筑在层13~14设有刚性转换层,层32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[1,2]。现行的 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3 2002)要求对超高层结构考虑柱、墙竖向变形及差异问题,但是对于如何考虑影响竖向变形差的各种因素没有明确规定[3]。文[4~7]从不同角度研究了钢筋混凝土构件由于混凝土徐变、收缩、温度作用和变荷载作用施工过程等对高层结构竖向变形的影响给出了高层结构竖向变形计算的相关公式和算例。

就工程实践来讲,以下问题必须考虑:1)施工过程中,正在施工的楼层标高会调整到设计标高,但是施工其上楼层时已经施工的楼层会因为弹性压缩、徐变、收缩产生竖向变形;2)混凝土的弹性模量、徐变、收缩和水泥材料类型、环境条件、施工进度、养护条件、施工顺序等因素有关,并且随时间不断发生变化;3)超高层结构的结构布置与荷载分布会随高度变化而发生改变。国内已有的研究对于上述问题没有全部考虑,与工程实际尚有一定距离。结合南京紫峰大厦工程,考虑施工顺序加载、混凝土收缩徐变(包括龄期影响)、竖向构件压应力差异、施工过程中构件长度的调整等因素,分析计算超高层结构中不同竖向构件的竖向变形和差异,以及竖向变形差对结构构件内力的影响。

1 超高层结构概况

南京紫峰大厦是一幢钢筋混凝土核心筒-型钢混凝土组合柱-钢梁并且设置三道伸臂桁架的超高层结构,共70层(不含夹层),屋顶高度381m。其主要抗侧力体系是内部巨型核心筒和外围型钢混凝土组合柱,在层10,35和60三个设备层设置高8 4m的外伸臂钢桁架把核心筒和组合柱连接在一起,另外与外伸臂桁架同一楼层的外围组合柱也通过设置斜撑构成环带桁架。其典型楼层结构平面和外伸臂桁架与带状桁架体

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