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1、高层建筑核心筒整体变形控制技术措施探讨 摘要:分析了高层核心筒受风荷载、温度效应及收缩与徐变引起的变形因素,并分别从设计与施工层面提出了相应的控制措施。 关键词:高耸结构;核心筒;整体变形;控制措施 引言 电视广播塔在建筑造型上突破了传统意义上的格调,塔身由下至上逐渐变小,中部扭转,两头大中间小,呈现为扭曲的椭圆体,宛如一座高脚花瓶,于无形中见有形。其建筑结构通常采用筒中筒结构,核心筒的弹性变形、收缩和徐变变形之和的数量级还是比较明显的,因此,施工时要特别注意。 一.核心筒易变形因素分析 (一)风荷载的变形分析 随着高耸建筑的高度越来越高,柔度越来越大,而阻尼越
2、来越小,对风的作用越来越敏感。因此,侧向荷载在总荷载中占有相当大的比重。除了地震作用外,主要的侧向荷载是风荷载。虽然风荷载没有地震荷载那样强烈,但是在该地区风的作用是极其的频繁,风荷载是一种重要的设计荷载。 (二)温度效应的变形分析 超高层建筑物跨季节施工因气温变化而引起的温度效应。高层建筑由于工程量大往往施工工期较长,需要跨季节跨年度施工。因为不同季节的气温有所变化,冬季和夏季的室外温度有温差,结构构件的温度与该构件在混凝土浇筑时的温度有较大的温差。于是,构件发生温差变形,而结构受到基础和地基的约束,构件之间也互相约束,从而产生温度内力的重分布。 建成使用后,由于室内
3、外温差而引起的温度效应。主要产生日照温度荷载和骤然降温温度荷载。建筑物的内部多布置空调,外露结构长期受到气温和日辐射作用,室内外的温差也会产生建筑物自己的内力和变形,混凝土结构甚至出现裂缝。混凝土结构的最大温差的分布位置与结构方位、表面朝向、工程所处的地理位置有关。 (三)收缩与徐变引起的变形分析 超高建筑物的自重大,随着施工高度的增加,建筑物的下部柱子的轴向变形会逐渐加大。特别是在考虑混凝土的收缩、徐变因素后,工程竣工时下部几层的实际层高低于设计标高。徐变和收缩是混凝土在长期荷载作用下的固有特性。由于内外筒的材料特性及应力水平的差异,将导致混合体系产生显著的竖向变形差。
4、随着时间和环境的变化,结构体系将发生显著的内力重分布,同时也会给非结构构件带来不利影响,甚至可能影响设备的安装和使用。 二.整体变形实施控制措施 (一)结构自重和施工活荷载作用阶段下的变形控制 一些力学性能试验研究表明,钢管混凝土核心混凝土的变形比普通混凝土要小得多。所以结构外筒的变形比混凝土核心筒的变形也小的多。整个结构在自重和施工活荷载的作用下,内外筒之间由于变形的协调,发生内力重分布,以适应结构的承载能力。 在计算和分析中,考虑建筑物自重、温度变化、混凝土弹性模量、收缩、徐变随时间的变化而对轴向变形产生影响。 建筑物自重的影响。与混凝土收缩和徐变相比,虽然混凝
5、土收缩和徐变所引起的构件引起的轴向变形不可忽略,但是结构自重是造成竖向构件轴向变形的主要因素。为补偿结构自重引起竖向变形,在混凝土结构中配置相应的钢筋,提高结构强度和刚度。 核心筒施工的时间因素对工程施工有一定的影响,核心筒的施工时间越长,建筑物在自重作用下的轴向变形越小,但是总的轴向变形会加大。前者是因为随着时间的增加,混凝土的弹性模量和强度也逐渐增长,而后者则是因为混凝土构件的收缩和徐变随时间的增加一直在发展。 由于轴向变形压缩的影响,核心筒结构的底部层高偏低,到达上面结构施工时,结构标准层的层顶标高与设计标高不一样。理论上为了弥补轴向变形,在上面的标准层施工时加大结
6、构层高高度。但实际上则应该是依据设计结果,计算出轴向变形,在底部结构施工时,预先留出富裕层间高度来,最终达到建筑物的总标高高度。 (二)温度效应引起的位移变形控制措施 在国内,建筑施工与设计工作基本上是分开的,建筑施工企业基本是按照设计图纸施工,因此减小和控制温度效应的措施应当主要从设计角度考虑。但是我国现有规范没有作出相关的明确规定,从一些文献资料的结果表明,影响高层结构温度效应的因素很多。结构体系、温差、建筑物高度、梁的刚度、柱的刚度都是影响因素。对此,关于温度效应的控制措施如下: 对结构采取有效的保温隔热措施。在温度变化剧烈的地方采用一些保温隔热材料,减小温度变化
7、引起的温度应力。转换层也应注意保温、隔热,避免该层过分通风,与其上下层间产生较大的温差引起温度应力采取构造措施,适应结构温度变形和内力的措施。如混凝土搅拌过程中,添加少量化学添加剂,补偿混凝土收缩,堵塞毛细孔。但只靠克服缺陷仍不能完全解决后期温度变化引起的内力,还需采用以下措施: 设置刚性加强层可在一定程度上调整竖向构件间的不均匀变形;尽量合理安排施工工期,缩短工期,可减小施工过程中结构的温度变形和内力。 (三)收缩与徐变引起的位移变形控制措施 对于超高结构,设计时应考虑到混凝土徐变收缩引起的竖向
