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超高层外框—核心筒混合结构健康监测与施工全过程模拟研究

周康  
【摘要】:超高层建筑结构设计难度大和施工过程复杂,给超高层建筑的建设带来了巨大的挑战。在施工阶段,结构抗力体系的不完整性以及荷载的复杂性增加了超高层建筑在施工阶段的风险率和失效概率。而在长达上百年的使用阶段里,由于材料老化疲劳、长期荷载以及台风地震等作用,不可避免地会导致结构损伤累积及抗力衰减,在极端情况下甚至引发灾难。因此,运用健康监测与全过程模拟相结合的方法,对超高层建筑在施工阶段以及使用阶段结构的变形、受力状态以及运行状态进行实时监测和评估,优化施工方案以保证施工安全有序的进行,具有重要意义。本文以在建的“中国第一高楼”——深圳平安金融中心为工程背景,进行了施工阶段的健康监测与全过程模拟研究,并对核心筒领先外框架施工以及伸臂桁架后接时序等施工方案的优化进行了探讨,具体内容如下:根据实际施工进度并考虑材料的时变效应,对深圳平安金融中心进行施工全过程模拟,分析施工阶段核心筒和巨柱的竖向变形以及关键部位应力的发展规律,并研究混凝土收缩、徐变以及施工过程等时变效应对结构的影响。研究表明,随着楼层高度的增加,结构竖向变形呈现先变大后变小的“鱼腹型”规律,核心筒和巨柱轴向压应力逐渐减小。时变效应对结构竖向变形和应力影响很大,在超高层结构的设计和施工过程中不容忽略。通过对结构进行施工阶段折减风荷载和地震效应分析,表明结构在施工阶段是安全稳定的。研究了施工速度以及核心筒领先外框架施工楼层对结构的影响,结果表明,施工速度对结构竖向变形、变形差以及应力的影响较小;施工阶段核心筒超前外框架施工25层是安全稳定的,但为了减小结构的内外变形差,在下部结构宜采取较大的核心筒领先施工楼层数,在中上部结构应选用较小的领先施工楼层数。最后,本文以最大应力发展水平为控制目标,确定了伸臂桁架合理的安装时序,并通过算例验证该方案的合理性和有效性。施工全过程模拟结果与实测数据吻合较好,验证了超高层结构健康监测中结合实测与施工模拟分析方法的合理性。超高层建筑结构健康监测和施工全过程模拟所获得的数据可以为深圳平安金融中心的安全性评估提供可靠的资料,本研究可为今后类似工程的设计和施工提供参考。


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