高层建筑时变力学分析与混凝土施工关键技术研究.pdf
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1、第 22 卷 第 7 期2023 年 7 月中国建筑金属结构CHINA CONSTRUCTION METAL STRUCTUREVol22 No7Jul2023450 引言随着各地经济发展、城市化进程的加快,人民群众对物质与精神生活需求的不断提升,建筑结构形式与规模日趋多元化,各类大跨度、长悬挑、超高层等复杂结构的建筑在市场越来越多。其中,高层建筑、超高层建筑往往是一个区域的象征,此类建筑能全面反映出该区域的经济实力与科技水平,而在城市用地日益紧缺的今天,开发高层建筑更是受到房地产开发商的青睐。根据相关数据统计,在全球范围内,已经有超过 40 栋建筑高度超过 400 m 的超高层建筑,高层建筑
2、数量更是数不胜数。为规范此类工程的施工,全面提升工程质量,石雪洁1以某高层结构建筑为例,通过引进机器视觉技术对现场施工过程中的危险区域进行识别。魏斌乾2从外围护结构入手,对施工过程中的蒸压加气混凝土板进行承载力计算,根据板材在建筑结构的承载效果,提出了对应的施工质量控制方法,以此种方式,为高层建筑围护结构的规范化施工予以技术层面的帮助。以谢秉鑫3引进了脚手架施工技术,对此项技术在高层建筑工程项目中的应用展开了研究,为相关工程的实施积累了大量经验。根据现有研究成果可知,科研小组与施工方已经投入了大量资金与人力用于开展此方面的研究,为进一步深化高层建筑施工,下述将以某高层结构建筑为例,对其施工展开
3、设计与研究。1 项目实例分析1.1 工程模型概况为保证工程项目的顺利施工,施工前,利用 BIM 技术,在计算机中建立高层结构建筑模型,根据已知数据与现场基本情况可知,此模型为一个结构相对简单的 15 层建筑,该建筑的结构为钢筋混凝土结构,建筑工程结构模型简图如图 1所示。在此基础上,应明确此建筑模型的外框架无论是在横向方向上,或是在纵向方向上,均为 4 跨,其中横向方向的跨距为 5m,纵向方向的跨距为 4m。此建筑结构的总高度为 45.6m,底部结构的层高为4.5m,其他层均为标准层,层高为 3m。在对此项目进行研究中发现,建筑的梁结构对应截面面积为 500mm250mm,对应的柱结构对应截面
4、面积为500mm500mm,设计中为满足建筑结构的承载力需求,所有的梁柱结构均使用 C30 混凝土施工。根据现场工程方的统计,对建筑不同结构的荷载进行分析,经过分析后发现,屋面的荷载为 5kN/m2、屋面的荷载为7kN/m2。为确保构建的建筑工程结构模型在实际应用中可以满足预期,参照工程项目结构施工图纸,辅助计算机中的 Midas/Gen 软件,先进行结构中梁、柱等基本结构的建模,在此基础上,利用软件中自带的三维梁单元,对整体结构进行模拟,并集成若干个单元结构。集成过程中,需要保证建筑结构的楼板、剪力墙等基础的平面结构可以与整体结构之间发生单元交互。同时,参照混凝土结构设计规范等相关文件,设定
5、建筑工程项目所在环境的温度为 25,平均湿度为 75%,在确保结构设计满足基本要求与标准的基础上,模拟施工过程中混凝土结构的收缩系数、增长系数,以此种方式,实现在施工前,对高层结构建筑的建模分析。1.2 建筑工程项目施工中的时变力学分析在常规的结构力学分析中,结构的受力体系是已知的,并且在分析过程中不会发生任何的变化,也就是结构的几何形状和刚度等不会随着时间的推移而改变。与此同时,外部载荷作用也会保持一个相对固定的状态,所以在计算时,一般都是将荷载一次性作用在结构上。通过此种方式分析得到的结构体受力过程称之为一次加载法,此过程如图 2 所示。作者简介:王峰(1984-),男,硕士研究生,研究方
6、向:房地产开发与管理。高层建筑时变力学分析与混凝土施工关键技术研究王 峰(广西地产集团有限公司,广西 南宁 530000)摘 要:为了达到提高高层建筑施工质量的目的,本文以某高层建筑为例,分析建筑在施工中的时变力学,并通过介绍某高层建筑施工关键技术研究内容,提出了一种通过深基坑施工、混凝土配合比设计、浇筑前准备、大体积混凝土浇筑施工,实现高层建筑施工的观点。研究结果表明,新的施工技术可以有效提高高层建筑施工质量。关键词:高层建筑;时变力学;混凝土施工中图分类号:TU973.2 文献标识码:ADOI:10.20080/ki.ISSN1671-3362.2023.07.016图 1 建筑工程结构模
7、型简图技 术 46中国建筑金属结构2023 年图 2 一次加载法分析建筑结构体受力此种方法计算简单,但应用范围受限,无法进行结构受力的动力学分析。因此,引进时变力学数值求解方法,展开此方面内容的进一步分析。以一个单榀框架结构的 4 层建筑为例,对其施工受力过程展开分析,假定根据施工的次序,对结构进行了逐层施工,施工时可以将其分为 4 个子结构,每一个子结构只有顶层承担了垂直荷载,任何楼层的内力是由其后各子结构在该楼层所产生的内力进行叠加而得的。此过程如图 3 所示。子结构1子结构2子结构3子结构4图 3 时变力学分析方法根据上述内容,对建筑结构中第 i 层构件所受到的内力进行计算,计算公式为:
8、41iijjFF=(1)式中:Fi表示建筑结构中第 i 层构件所受到的内力;j 表示建筑结构中第j个子结构。在持续受力的条件下,可以按照式(2)计算建筑结构的竖向方向位移。41iijjdd=(2)式中:di表示建筑结构中第 i 层构件的竖向方向位移。假设荷载作用力完全作用在第 j 个子结构上时,子结构中第 i层构件存在最大竖向位移与最小竖向位移,分别可以表示为maxijd、minijd,在此种条件下,中第 i 层构件最终竖向变形差可以用ijd表示为:maxminijijijddd=(3)按照上述方式,完成基于时变力学分析的建筑受力条件下竖向变形差计算。2 深基坑施工针对上述高层建筑对其进行深基
9、坑施工,在基坑的两侧有两条既有市政道路,其中围护结构的上部为已经完成建设的道路挡墙,下部为采用双排抗滑桩、冠梁结构开挖后加锚索固定的结构4。因为在此之前,已经完成了抗滑桩、冠梁和基坑内的大部分土石方开挖工作,所以在进场之后,需要挖掘的深度是 5.48m,局部是 8.08m。根据基坑的开挖深度、周边环境和地勘报告等,决定在基础边坡使用土钉墙进行支护。为确保工程安全,在土钉墙结束后,在其内侧再加一层毛石混凝土墙5。图 4 为该高层建筑施工项目基坑开挖顺序图。开挖开挖开挖开挖土方开挖临时通道出土方向出土方向图 4 高层建筑施工项目基坑开挖顺序图按照图中的顺序进行土方开挖。开挖时采用反铲挖掘机,并为其
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