高程补偿值计算及施工过程验算

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1、第8章高程补偿值计算及施工过程验算第1节高程补偿值计算1．高程补偿值计算的目的本工程主塔楼总高330m，不仅高度远远超过普通的高层建筑，而且自重与荷载也是一般高层建筑的2～3倍，由此导致的地基沉降包括不均匀沉降、结构自身的压缩变形、混凝土收缩和徐变将对结构几何尺寸和构件内力产生不可忽视的影响。根据书《高层建筑钢混凝土组合结构设计》（中国建筑工业出版社），某一60层钢结构建筑的内柱在恒载和活载作用下产生了50～76mm的压缩。《超高层建筑S＋RC混合结构竖向变形差的工程对策》（建筑结构学报，2004.vol20.NO.6）中

2、提及，高层建筑每100m将产生由于钢筋混凝土柱的弹性压缩、混凝土徐变、收缩造成100mm变形。根据ARUP《主楼桩基计算书》，本工程主楼桩基础的最终平均沉降量为98.7mm，核心筒与外筒的最终差异沉降约30mm。在超高层组合结构建筑中，差异变形的问题就更为尖锐，因为在施工过程中钢柱承受着较大的轴向荷载。要确定组合结构体系的轴向缩短是很复杂的，因为影响立柱缩短的许多变量不能提前知道。例如：埋置在混凝土里的组合立柱的较低层，不断经受着徐变，由于混凝土地龄期和强度一直在变化着，徐变的影响难以准确的预知；而钢柱在施工阶段都有伸出裸

3、露在混凝土外的钢材段，一般有3－4节柱。另外一个难以预知的因素，就是与立柱连接在一起的梁的连续性会使重力荷载产生重分布现象。建筑物地基的沉降则是影响立柱相对高程变化的另一因素。另外不同含钢率和不同体积－表面积比的组合钢柱，其徐变和收缩量也有所不同。含钢率和体积－表面积比越大，在同样应力状态下，由徐变和收缩引起的变形越小。因此差异变形的估算极为复杂。为了达到招标技术文件的要求，同时减少由于地基沉降包括不均匀沉降、结构自身的压缩变形、混凝土收缩和徐变对主楼几何尺寸及构件（特别连接内外筒的伸臂桁架）受力的影响，我司采用ETABS

4、有限元软件，建立主楼的三维计算模型，通过对整个施工过程进行模拟分析，计算出竖向构件在各楼层内的预调值，在施工过程中对相应部位的钢柱进行长度修正，并给出安装过程中钢柱安装标高。本投标计算为阐明差异变形控制和补偿原理，并根据已经掌握数据进行估算。实际如我公司中标，我公司将参考其他类似工程如马来西亚双塔工程做法，聘请专业设计单位，编制专用程序对本工程变形进行预估，并不断进行施工监测，及时反馈工厂和现场安装进行修正，以便确保结构安全。2．高程补偿计算内容概述(1)主楼竖向变形计算2081)根据招标文件中的技术要求，确定在主楼装修施

5、工完成时，主楼的竖向变形主要由结构自重荷载、装修荷载、机电和幕墙荷载作用产生。2)竖向变形包括:弹性压缩、混凝土收缩、混凝土徐变和温度变形。3)模拟主楼组合结构的施工过程，主楼弹性压缩按两阶段叠加计算：第一阶段为钢结构先行对钢骨柱产生的弹性压缩；第二阶段为钢骨外包混凝土后组合柱的压缩，通过计算验证了第一阶段的钢骨柱弹性压缩很小可以忽略不计。4)采用有限元三维模型计算主楼的弹性压缩变形，并通过混凝土的收缩和徐变公式分别计算出各层内外筒的收缩和徐变量，根据类似工程经验对收缩和徐变值进行调整。5)通过将主塔楼简化为单根杆件，估算

6、出温度变化作用下的层高和总高的变化。(2)基础沉降量分析通过参考ARUP《主楼桩基计算书》中的桩基础最终的平均沉降量和内外筒差异沉降量，并根据场地土层的分布和基础沉降――时间的经验曲线，以及2003年试桩监测结果，获得估算了在主楼装修施工完成时的基础沉降和差异沉降量。（3）焊接收缩计算与补偿详见第15章第7节焊接收缩计算与补偿。（3）计算方法说明由于时间所限，投标阶段的计算采用ETABS有限元软件和简化手算法相结合，在中标后，我司将组织由若干结构设计师和专家组成的主楼沉降和压缩计算分析小组，采用SAP软件并编制相应的计算程

7、序进行全过程的施工模拟，求出更为精确的计算结果。3．竖向变形计算3.1竖向变形计算基本公式(1)应变计算公式主楼竖向钢骨混凝土构件变形计算公式均可以表示为：――变形――应变――长度式中，——加载时初始应变；208——在时刻t＞时的徐变应变；——收缩应变；——温度应变；——由应力产生的应变，——非受力应变，(2)弹性压缩根据材料力学，在计算截面处的弹性压缩变形为在层高范围内，轴力可视为不变，因此，上式可进一步写为如果层高相同，各层计算构件截面面积相同，则上式还可进一步简化为(3)收缩变形式中——收缩应变基准值；——以环境条

8、件而定的应变；——依理论厚度而定的应变；——收缩随时间发展的函数，取决于混凝土理论厚度；——计算时刻和开始考虑收缩时刻的混凝土有效龄期。混凝土理论厚度的定义为式中——取决于周围环境的系数；——构件混凝土截面面积；208——构件截面与大气接触的周边长度。由收缩引起的收缩变形为(4)徐变变形式中——混凝土在