框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程 的結(jié)構(gòu)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與建筑技術(shù)的突飛猛進(jìn)，我國超高層建筑的建造高 度與數(shù)量均取得舉世矚目的成就。同時，超高層建筑的結(jié)構(gòu)計算分析手段也取得了很大進(jìn) 展。目前，超高層結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用最為廣泛的是框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，在框架-核心筒結(jié) 構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)計算方法中，一般采用板單元模擬核心筒和巨型柱的外包混凝土，采用梁單 元模擬巨型柱的鋼骨（梁單元通常用來模擬鋼架、桁架等一維物體；板單元通常用來模擬 厚度較小的二維物體），這將導(dǎo)致計算模型單元數(shù)激增、計算速度變慢，而且，修改模型導(dǎo)致 反復(fù)計算耗時巨大。
[0003] 綜上所述，在框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系的整個施工階段，如何開發(fā)一種結(jié)構(gòu)分析方 法，能夠快速有效地預(yù)測結(jié)構(gòu)豎向變形及構(gòu)件內(nèi)力變化，從而為設(shè)計和施工提供參考依據(jù)， 成為本領(lǐng)域技術(shù)人員不斷探索的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)分析方法，計算速度慢，建模修改耗時 巨大的等問題，本發(fā)明的目的是提供一種框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方 法，減少了模型單元數(shù)量，提高了計算速度，能夠快速有效地預(yù)測結(jié)構(gòu)豎向變形及構(gòu)件內(nèi)力 變化，從而為設(shè)計和施工提供參考。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案步驟如下：
[0006] 步驟一：計算各層核心筒及巨型柱外包混凝土的截面力學(xué)參數(shù)，包括所述核心筒 等效截面面積A、抗彎慣性矩lxx、lyy，抗扭慣性矩Izz;所述巨型柱外包混凝土等效截面面 積A'、抗彎慣性矩Ixx'、Iyy'，抗扭慣性矩Izz' ；
[0007] 步驟二：分別建立所述核心筒和所述巨型柱外包混凝土的等效梁單元模型，將所 述步驟一得到的截面力學(xué)參數(shù)分別輸入所述梁單元模型；
[0008] 步驟三：建立巨型柱內(nèi)包鋼骨梁單元模型，并輸入所述巨型柱內(nèi)包鋼骨的截面力 學(xué)參數(shù)；
[0009] 步驟四：建立完整的所述框架-核心筒體系結(jié)構(gòu)計算模型，進(jìn)行計算并輸出結(jié)果。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟三和步驟四之間還包括：定義混凝土收縮徐變模型，將所述混凝 土收縮徐變模型與所述步驟二的所述核心筒和所述巨型柱外包混凝土模型進(jìn)行連接，使得 所述核心筒和所述巨型柱外包混凝土具有所述混凝土收縮徐變模型所定義的收縮徐變特 性。
[0011] 所述步驟三中，在所述巨型柱外包混凝土的梁單元模型的兩個節(jié)點(diǎn)之間，建立一 個疊合的梁單元模型來模擬所述巨型柱內(nèi)包鋼骨。
[0012] 所述步驟二中，在所述核心筒的梁單元模型截面的剛度削弱部位相應(yīng)地修改截面 力學(xué)參數(shù)。
[0013] 所述步驟四中，所述框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系的樓板、次梁均簡化為附加均布荷載 輸入所述框架_核心筒體系結(jié)構(gòu)計算模型。
[0014] 本發(fā)明的效果在于：
[0015] -、本發(fā)明的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，采用等效梁單 元模型模擬超高層建筑核心筒及巨型柱外包混凝土，能夠在很大程度上減少模型單元數(shù) 量，實(shí)現(xiàn)計算速度快，避免因模型修改而導(dǎo)致反復(fù)計算耗時長的弊端，這對于適應(yīng)現(xiàn)場施工 的緊迫性十分有利。
[0016] 二、本發(fā)明的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，實(shí)現(xiàn)混凝土收 縮徐變模型與核心筒和巨型柱外包混凝土的梁單元模型的連接，使得核心筒和巨型柱外包 混凝土材料具有混凝土收縮徐變模型所定義的收縮徐變特性。而且，在考慮混凝土收縮徐 變時，采用梁單元模型計算分析，更符合規(guī)范中收縮徐變模型單向應(yīng)力狀態(tài)的前提條件，因 此，能夠準(zhǔn)確計算核心筒因混凝土收縮徐變引起的豎向變形，其最終目的能夠在整個施工 階段，快速有效地預(yù)測結(jié)構(gòu)豎向變形及構(gòu)件內(nèi)力變化、確定各施工階段結(jié)構(gòu)標(biāo)高的補(bǔ)償量、 伸臂桁架固結(jié)時機(jī)及沉降后澆帶封閉時機(jī)等一系列計算分析問題，從而為設(shè)計和施工提供 參考。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中核心筒橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中巨型柱橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為核心筒采用梁單元模型模擬的網(wǎng)格劃分示意圖；
[0020] 圖4為巨型柱采用梁單元模型模擬的網(wǎng)格劃分示意圖；
[0021]圖5為核心筒采用板單元模型模擬的網(wǎng)格劃分示意圖；
[0022] 圖6為巨型柱采用梁板單元模型模擬的網(wǎng)格劃分示意圖
[0023]圖7為修改梁單元模型截面力學(xué)參數(shù)模擬核心筒截面削弱部位的示意圖；
[0024] 圖8為本發(fā)明與常規(guī)方法仿真分析的豎向變形量以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比圖；
[0025] 圖9為本發(fā)明框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的框架_核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程 的結(jié)構(gòu)分析方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面的說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征 將更清楚。以下將由所列舉之實(shí)施例結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及特征。需另 外說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助 說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0027] 本實(shí)施例以某超高層建筑的施工為例，其采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)形式，總計70層， 高度330m，共劃分96個施工階段，利用有限元軟件MIDASGEN模擬該超高層建筑建立有限 元模型，對該超高層建筑施工全過程進(jìn)行仿真分析，以確定鋼構(gòu)件的豎向變形補(bǔ)償值，具體 步驟如下：
[0028]S101 :如圖1和圖2所示，計算超高層建筑整個核心筒10及巨型柱外包混凝土 20 的截面力學(xué)參數(shù)，包括核心筒10等效截面面積A、抗彎慣性矩lxx、lyy，抗扭慣性矩Izz;巨 型柱外包混凝土 20等效截面面積A'、抗彎慣性矩Ixx'、Iyy'，抗扭慣性矩Izz' ；及巨型柱 內(nèi)包鋼骨30的截面力學(xué)參數(shù)；
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 框架-核屯、筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，步驟如下： 步驟一；計算各層核屯、筒及巨型柱外包混凝±的截面力學(xué)參數(shù)，包括所述核屯、筒等效 截面面積A、抗彎慣性矩Ixx、lyy，抗扭慣性矩Izz ;所述巨型柱外包混凝±等效截面面積 A'、抗彎慣性矩Ixx'、lyy'，抗扭慣性矩Izz' ； 步驟二：分別建立所述核屯、筒和所述巨型柱外包混凝±的等效梁單元模型，將所述步 驟一得到的截面力學(xué)參數(shù)分別輸入所述梁單元模型； 步驟建立巨型柱內(nèi)包鋼骨梁單元模型，并輸入所述巨型柱內(nèi)包鋼骨的截面力學(xué)參 數(shù)； 步驟四；建立完整的所述框架-核屯、筒體系結(jié)構(gòu)計算模型，進(jìn)行計算并輸出結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架-核屯、筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，其特征 在于，所述步驟=和步驟四之間還包括；定義混凝±收縮徐變模型，將所述混凝±收縮徐變 模型與所述步驟二的所述核屯、筒和所述巨型柱外包混凝上模型進(jìn)行連接，使得所述核屯、筒 和所述巨型柱外包混凝±具有所述混凝±收縮徐變模型所定義的收縮徐變特性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的框架-核屯、筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，其 特征在于：所述步驟=中，在所述巨型柱外包混凝±的梁單元模型的兩個節(jié)點(diǎn)之間，建立一 個疊合的梁單元模型來模擬所述巨型柱內(nèi)包鋼骨。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的框架-核屯、筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，其 特征在于；所述步驟二中，在所述核屯、筒的梁單元模型截面的剛度削弱部位相應(yīng)地修改截 面力學(xué)參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的框架-核屯、筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，其 特征在于；所述步驟四中，所述框架-核屯、筒結(jié)構(gòu)體系的樓板、次梁均簡化為附加均布荷載 輸入所述框架-核屯、筒體系結(jié)構(gòu)計算模型。
【專利摘要】本發(fā)明的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系施工全過程的結(jié)構(gòu)分析方法，涉及建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，針對現(xiàn)有的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)分析方法，計算模型單元數(shù)量多、計算速度慢、建模修改耗時巨大的問題。步驟：一、計算各層核心筒及巨型柱外包混凝土的截面力學(xué)參數(shù)；二、分別建立核心筒和巨型柱外包混凝土的等效梁單元模型，將步驟一得到的截面力學(xué)參數(shù)分別輸入梁單元模型；三、建立巨型柱內(nèi)包鋼骨梁單元模型，并輸入巨型柱內(nèi)包鋼骨的截面力學(xué)參數(shù)；四、建立完整的框架-核心筒體系結(jié)構(gòu)計算模型，進(jìn)行計算并輸出結(jié)果，可用于確定施工階段結(jié)構(gòu)豎向差異變形補(bǔ)償量，能夠減少模型單元數(shù)目，計算速度快，對于適應(yīng)現(xiàn)場施工的緊迫性十分有利。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104573202
【申請?zhí)枴緾N201410822644
【發(fā)明人】伍小平, 李懷翠, 夏飛, 李兵
【申請人】上海建工集團(tuán)股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月22日