一种超高层建筑结构变形的预控制方法与流程

本发明本发明属于建筑施工质量控制领域，特别涉及一种超高层建筑结构变形的预控制方法。

背景技术：

超高层结构由于层数多、高度高，随着施工的进展竖向荷载会逐渐增大，结构竖向弹性压缩变形也随之增大。同时，由于混凝土具有收缩徐变特性，竖向变形也会随着时间的增加而增加。超高层核心筒多采用钢筋混凝土结构，外围框架柱多采用型钢混凝土结构。二者结构体系的不同造成整体弹性模量不同，核心筒和框柱在荷载、混凝土收缩徐变等作用下，造成核心筒和框架变形的不同，从而形成变形差异。核心筒自身变形和筒柱差异变形对结构标高、幕墙、机电管线、楼板水平度、结构构件等安全和质量产生影响。

为消除变形带来的各种影响，超高层施工过程中需要进行预变形控制。当前预变形控制的总体思路是，通过计算获得变形与差异变形数值，然后按一定的规则在结构施工时将计算得到变形值补偿到原设计标高上。

当前预变形控制从计算和预控措施采用的方法及主要存在的问题如下：

一、计算方面

当前超高层变形计算都采用有限元完成，而且都采用了全过程的精确仿真，但很多计算并没有与实际施工过程项匹配。其中最重要的是超高层施工仿真没有考虑每隔一段时间施工单位会对标高进行一次校核，以忽略已有的误差，即对已施工完成高度进行引测找平。经过引测找平的标高忽略了竖向变形的影响，如不考虑施工过程中的引测找平，则计算出来的竖向变形及差异变形会明显比实际变形要大，这就是为什么很多学者计算超高层竖向变形值小于实测值的原因。

另外，在计算核心筒和外围框架柱差异变形时没有将结构与地基作为一个整体进行考虑，没有考虑地基变形对差异变形的影响，尽管超高层基础底板厚达几米，由于核心筒重量远高于外围的框架柱，因此底板会呈现下凹形状，中心位置变形大于外围变形，因此加剧了核心筒与外围框架柱的差异变形。

二、预变形控制措施方面

(1)每层调控法，计算每层的变形值，然后对每层进行精确补偿，该种方法在理论上最为精确，由于每层补偿值很小，大多小于1mm，因此考虑到施工情况，现实中不可能实现这么精准的补偿调控，因此该种方案只限于理论上，在现实中无法实现。

(2)施工段内均值补偿法，该种方法是将超高层建筑分成若干施工段，在每个施工段的每个楼层内采用相同的补偿值，该种方法计算简单，由于在同一施工段内每层采用同一的补偿值，理论上施工也较为简单。该种方法与第一种方法相同，在理论上可行，但实际施工中无法实施。

(3)施工段顶部一次补偿，该方法与方法(2)的区别在于，将该施工段内每层楼层的补偿值在该施工段的顶部集中补偿。该种方法为施工中常采用的方法。但该种方法存在施工段划分较为随意，没有考虑超高层建筑竖向变形及差异变形规律。

技术实现要素：

为了使竖向变形的补偿调控数值的确定更加接近实际情况，更好地实现超高层施工质量的控制，并且在补偿实施方面的操作更加方便，本发明提供一种超高层建筑结构变形的预控制方法。

本发明的一种超高层建筑结构变形的预控制方法的技术方案如下：

一种超高层建筑结构变形的预控制方法，包括如下步骤:

s1，设置建筑结构施工过程中的引测找平位置；

s2，对建筑结构的上部结构的施工过程进行仿真分析，并在各个所述引测找平位置对建筑结构的竖向形变进行第一次补偿，得到上部结构荷载模型。

本发明的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，在进行仿真分析时，考虑了施工过程中的引测找平，从而使竖向形变的补偿值更加趋近于实际情况。

进一步的，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s2中，所述第一次补偿的方法为：

s2-1,根据仿真分析，计算得到第n个引测找平位置处建筑结构的竖向累计变形值δl；

s2-2，建立一个柱体，补偿至第n个引测找平位置处建筑结构上部，柱体的截面与第n个引测找平位置处建筑结构的截面相配合，柱体的高度与竖向累计变形值δl匹配；

s2-3，重复s2-1及s2-2，由下至上逐一完成各个引测找平位置处建筑结构的变形补偿。

本发明的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，补偿过程中，从第1个引测找平位置处，由下至上逐一完成各个引测找平位置处建筑结构的变形补偿，能进一步减小变形补偿的误差，为提高施工质量打下良好的基础。

进一步的，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s2-1中，当竖向累计变形值δl小于5mm时，跳过s2-2。当累计变形值δl过小时，实际施工时难以实施。因此，如果某一个引测找平位置处竖向累计变形值δl小于5mm的话，则跳过s2-2。这样，该引测找平位置处竖向累计变形值δl将会累计至下一个测找平位置处竖向累计变形值δl中。

进一步的，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，还包括如下步骤：

s3，所述建筑结构包括第一结构、以及第二结构，在所述上部结构荷载模型中，第一结构按线荷载核算，第二结构按集中荷载核算；

s4，建立建筑结构的底板模型，其中，桩基和地基模拟成弹簧，桩基和地基的弹性系数根据地勘报告确定；

s5，将上部结构荷载模型加载至底板模型中，形成整体模型；

s6，根据整体模型对建筑结构进行仿真分析，并对建筑结构的竖向形变进行第二次补偿。

本发明的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，除考虑施工过程中的引测找平外，还考虑了建筑结构不同的构造、以及底板不均匀变形对建筑结构的变形的影响，从而进一步减小变形补偿的误差。另外，该仿真分析方式能够在较为准确的模拟地基不均匀变形的情况下大幅减少建模工作量，同时也能够减少计算运行时间。

进一步的，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s6中，所述第二次补偿的方法为：

s6-1，根据整体模型计算不同高度下，第一结构竖向累计变形值δl1、以及第二结构竖向累计变形值δl2；

s6-2，建立优化函数，以最少补偿次数为目标、最佳补偿范围为约束条件，确定补偿位置以及补偿值；

s6-3，根据优化函数，计算得到第n个补偿点的位置、以及该位置的第一结构竖向累计变形值δl1、第二结构竖向累计变形值δl2；

s6-4，建立一个柱体，补偿至第n个补偿点位置处建筑结构上部，柱体的上截面为平面，柱体的下截面与第n个补偿点位置处建筑结构的上截面相配合，柱体各个面上的高度与第一结构竖向累计变形值δl1、以及第二结构竖向累计变形值δl2匹配；

s6-5，重复s6-3及s6-4，由下至上逐一完成补偿点的位置确认、以及各个补偿点位置处建筑结构的变形补偿。

本发明的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，通过优化函数可以更合理的确定补偿点位置以及补偿值，避免了由于补偿值过小而导致实际施工中无法操作的问题。

进一步的，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s6-1中，还计算变形差异值δm，所述变形差异值δm＝|δl1-δl2|；

s6-2中，所述约束条件为同时满足：

5mm<δl1<10mm；

5mm<δl2<10mm；

2mm<δm<5mm。

变形差异值δm的引入，可以关联不同的建筑结构之间的变形关系，从而更合理的确定补偿点位置以及补偿值。

进一步的，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，具体的，s6-2中，所述约束条件还包括，同时满足：内力变化率σ<5％。

进一步的，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，具体的，所述第一结构为核心筒，所述第二结构为外框柱。

附图说明

图1是本发明的一种超高层建筑结构变形的预控制方法的上部结构荷载模型的示意图；

图2是本发明的一种超高层建筑结构变形的预控制方法的整体模型的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1：

本实施例的一种超高层建筑结构变形的预控制方法的技术方案如下：

一种超高层建筑结构变形的预控制方法，包括如下步骤:

s1，设置建筑结构施工过程中的引测找平位置；

s2，对建筑结构的上部结构的施工过程进行仿真分析，并在各个所述引测找平位置对建筑结构的竖向形变进行第一次补偿，得到上部结构荷载模型。

本实施例的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，在进行仿真分析时，考虑了施工过程中的引测找平，从而使竖向形变的补偿值更加趋近于实际情况。

作为较佳的实施方式，参考图1，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s2中，所述第一次补偿的方法为：

s2-1,根据仿真分析，计算得到第n个引测找平位置处建筑结构的竖向累计变形值δl；

s2-2，建立一个柱体1，补偿至第n个引测找平位置处建筑结构上部，柱体1的截面与第n个引测找平位置处建筑结构的截面相配合，柱体1的高度与竖向累计变形值δl匹配；

s2-3，重复s2-1及s2-2，由下至上逐一完成各个引测找平位置处建筑结构的变形补偿。

本实施例中，第1个引测找平位置设置与建筑结构的j层处，根据仿真分析，计算得到j层处的竖向累计变形值δl为δj，建立一个柱体1，补偿至建筑结构的j层处上部，使补偿后的建筑结构j层的标高与理论标高相同。然后进行第2个引测找平位置处的变形补偿，直至完成各个引测找平位置处建筑结构的变形补偿。

本实施例的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，补偿过程中，从第1个引测找平位置处，由下至上逐一完成各个引测找平位置处建筑结构的变形补偿，能进一步减小变形补偿的误差，为提高施工质量打下良好的基础。

作为较佳的实施方式，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s2-1中，当竖向累计变形值δl小于5mm时，跳过s2-2。当累计变形值δl过小时，实际施工时难以实施。因此，如果某一个引测找平位置处竖向累计变形值δl小于5mm的话，则跳过s2-2。这样，该引测找平位置处竖向累计变形值δl将会累计至下一个测找平位置处竖向累计变形值δl中。

作为较佳的实施方式，参考图2，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，还包括如下步骤：

s3，所述建筑结构包括第一结构4、以及第二结构5，在所述上部结构荷载模型中，第一结构4按线荷载核算，第二结构5按集中荷载核算；

s4，建立建筑结构的底板模型，其中，桩基和地基3模拟成弹簧，桩基和地基3的弹性系数根据地勘报告确定；

s5，将上部结构荷载模型加载至底板模型中，形成整体模型；

s6，根据整体模型对建筑结构进行仿真分析，并对建筑结构的竖向形变进行第二次补偿。

本实施例的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，除考虑施工过程中的引测找平外，还考虑了建筑结构不同的构造、以及底板2不均匀变形对建筑结构的变形的影响，从而进一步减小变形补偿的误差。另外，该仿真分析方式能够在较为准确的模拟地基不均匀变形的情况下大幅减少建模工作量，同时也能够减少计算运行时间。

作为较佳的实施方式，参考图2，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s6中，所述第二次补偿的方法为：

s6-1，根据整体模型计算不同高度下，第一结构4竖向累计变形值δl1、以及第二结构5竖向累计变形值δl2；

s6-2，建立优化函数，以最少补偿次数为目标、最佳补偿范围为约束条件，确定补偿位置以及补偿值；

s6-3，根据优化函数，计算得到第n个补偿点的位置、以及该位置的第一结构竖向累计变形值δl1、第二结构竖向累计变形值δl2；

s6-4，建立一个柱体1，补偿至第n个补偿点位置处建筑结构上部，柱体1的上截面为平面，柱体1的下截面与第n个补偿点位置处建筑结构的上截面相配合，柱体1各个面上的高度与第一结构竖向累计变形值δl1、以及第二结构竖向累计变形值δl2匹配；

s6-5，重复s6-3及s6-4，由下至上逐一完成补偿点的位置确认、以及各个补偿点位置处建筑结构的变形补偿。

本实施例中，根据优化函数确定第1个补偿点的位置位于建筑结构的i层，且根据整体模型计算，i层时，第一结构4竖向累计变形值δl1为δx、以及第二结构5竖向累计变形值δl2为δy；于是，我们需要建立一个柱体1，补偿至建筑结构的i层处上部，使补偿后的建筑结构i层的标高与理论标高相同；然后确定第2个补偿点的位置、以及进行第2个补偿点位置处的变形补偿，直至完成各个补偿点位置处建筑结构的变形补偿。

本实施例的一种超高层建筑结构变形的预控制方法，通过优化函数可以更合理的确定补偿点位置以及补偿值，避免了由于补偿值过小而导致实际施工中无法操作的问题。

作为较佳的实施方式，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，s6-1中，还计算变形差异值δm，所述变形差异值δm＝|δl1-δl2|；

s6-2中，所述约束条件为同时满足：

5mm<δl1<10mm；

5mm<δl2<10mm；

2mm<δm<5mm。

变形差异值δm的引入，可以关联不同的建筑结构之间的变形关系，从而更合理的确定补偿点位置以及补偿值。

作为较佳的实施方式，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，具体的，s6-2中，所述约束条件还包括，同时满足：内力变化率σ<5％。

作为较佳的实施方式，所述超高层建筑结构变形的预控制方法中，具体的，所述第一结构为核心筒，所述第二结构为外框柱。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。