超高层钢结构施工技术和基于施工过程模拟的方案优化研究

发布时间：2020-06-28 15:09

【摘要】：根据中国《民用建筑设计通则》GB50352—2005规定:建筑高度超过100m时,不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。近年来,随着建筑高度和结构性能要求的提高,配合混凝土核心筒的超高层钢结构建筑数量也逐渐增多,采用超高层钢结构的结构形式能够有效降低结构自重,在保证承受轴向荷载能力的同时能够抵抗水平荷载,且外形丰富多变,施工速度快,具有良好的应用前景。目前,超高层钢结构施工技术粗放,缺乏严谨而系统的全过程控制;施工单位在施工过程中,仅按照设计图纸进行钢结构安装,并没有充分考虑施工过程中钢结构位移和内力的变化,安装过程会使钢结构构件产生额外的应力以及变形,从而导致质量问题甚至产生重大安全隐患。本文结合镇江苏宁广场东塔楼工程实例,对超高层钢结构施工技术和基于施工过程模拟的方案优化进行研究,规范施工技术控制,加强施工过程中钢结构安装的内力和位移控制并优化施工方案,提高超高层钢结构的施工质量。本文完成的主要研究工作如下:1、在实地调查研究和广泛查阅相关文献的基础上,介绍了超高层钢结构组成和功能,结合施工条件分析目前存在的问题,分析了超高层钢结构施工关键技术,包括前期的深化设计、工厂化构件制作,现场巨型构件吊装、施工安全操作平台和构件连接技术,全面控制施工质量和安全,为今后的工程提供了经验和参考。2、通过对比设计阶段和施工过程模拟计算方法,结合简化算例验证了模拟方法的合理性,初步得出施工阶段超高层钢结构整体位移特征;基于施工过程模拟分析,首先,结合混凝土的时变性,分析对核心筒领先钢结构外框的层数优化方法;然后,针对钢结构水平加强层的结构功能和变形差引起的附加应力,分析伸臂桁架延迟连接优化方法;最后,分析超高倾斜结构预调原理,选择正装迭代法对倾斜结构进行预调计算,并详细阐述了其预调计算思路。3、以镇江苏宁广场东塔楼工程为背景,对基于施工过程模拟的方案优化应用进行实例分析。在Midas/Gen平台建立东塔楼有限元模型,并进行施工过程模拟,得出超高层钢结构在整个施工过程中的受力和位移情况,为方案优化打下基础。然后,分别对核心筒领先钢结构外框层数、加强层伸臂桁架延迟连接时间和超高斜柱预调进行优化,并分别进行现场实地监测,与模拟数据对比验证了模拟分析优化的效果,证明了优化方法的合理性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU758.11;TU974
【图文】：

示意图,超高层钢结构,示意图,施工过程

对施工方案进行指导。在施工过程中，结构刚渐施加的，竖向受力和变形积累程度大，对结[5]，因此，针对施工过程的模拟分析重要性日究综述组成般为钢框架与地面和混凝土核心筒固接，并沿桁架形成水平加强层；框架柱通过连系梁与核结构层。根据超高层建筑钢结构的结构组成，分，如图 1.1 所示。而普通外框柱又发展出新

网格结构

上部巨大轴力的要求。而钢管混凝土柱在相同截面的条件下，由于钢管的侧向约束能够更好地发挥两种材料结合的优势[6]-[7]，施工便捷，在超高层建筑中逐步得到应用。钢管混凝土柱结构性能优越，抗压承载力高，从某种程度上解决了超高层工程项目中柱体过胖的问题；同时，钢管结构构件自重小，运输和吊装方便，且省去了混凝土结构施工时支模绑钢筋等工序，施工速度快，缩短了施工工期[8]-[10]。2）斜撑和斜交网格随着高层钢结构的高度不断增高，传统的垂直梁柱无法满足结构抗侧能力的需求，而立面斜撑能够很好地抵抗侧向荷载，在斜撑的基础上，去掉传统的垂直柱，用多个沿结构高度形成一定角度的斜柱交织成网格外框体系，即形成了斜交网格结构[11]。美国的IBM 大厦最早采用了该结构，进入二十一世纪后斜交网格结构更多地应用在超高层建筑中，而我国广州西塔、广州电视塔，北京保利广场塔楼的钻石灯笼造型，以及北京央视新大楼都采用了斜交网格结构[12]-[15]，如图 1.2 所示。斜交网格结构可以同时承受水平和竖向荷载，同时提高了结构整体的抗侧刚度和整体性，是一种很有潜力的外框结构形式

【参考文献】