框架-核心筒结构体系施工全过程的结构分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种框架-核心筒结构体系施工全过程 的结构分析方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着经济的快速发展与建筑技术的突飞猛进，我国超高层建筑的建造高 度与数量均取得举世瞩目的成就。同时，超高层建筑的结构计算分析手段也取得了很大进 展。目前，超高层结构体系中应用最为广泛的是框架-核心筒结构体系，在框架-核心筒结 构体系的结构计算方法中，一般采用板单元模拟核心筒和巨型柱的外包混凝土，采用梁单 元模拟巨型柱的钢骨（梁单元通常用来模拟钢架、桁架等一维物体；板单元通常用来模拟 厚度较小的二维物体），这将导致计算模型单元数激增、计算速度变慢，而且，修改模型导致 反复计算耗时巨大。
[0003] 综上所述，在框架-核心筒结构体系的整个施工阶段，如何开发一种结构分析方 法，能够快速有效地预测结构竖向变形及构件内力变化，从而为设计和施工提供参考依据， 成为本领域技术人员不断探索的课题。
【发明内容】
[0004] 针对现有的框架-核心筒结构体系的结构分析方法，计算速度慢，建模修改耗时 巨大的等问题，本发明的目的是提供一种框架-核心筒结构体系施工全过程的结构分析方 法，减少了模型单元数量，提高了计算速度，能够快速有效地预测结构竖向变形及构件内力 变化，从而为设计和施工提供参考。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案步骤如下：
[0006] 步骤一：计算各层核心筒及巨型柱外包混凝土的截面力学参数，包括所述核心筒 等效截面面积A、抗弯惯性矩lxx、lyy，抗扭惯性矩Izz;所述巨型柱外包混凝土等效截面面 积A'、抗弯惯性矩Ixx'、Iyy'，抗扭惯性矩Izz' ；
[0007] 步骤二：分别建立所述核心筒和所述巨型柱外包混凝土的等效梁单元模型，将所 述步骤一得到的截面力学参数分别输入所述梁单元模型；
[0008] 步骤三：建立巨型柱内包钢骨梁单元模型，并输入所述巨型柱内包钢骨的截面力 学参数；
[0009] 步骤四：建立完整的所述框架-核心筒体系结构计算模型，进行计算并输出结果。
[0010] 优选的，所述步骤三和步骤四之间还包括：定义混凝土收缩徐变模型，将所述混凝 土收缩徐变模型与所述步骤二的所述核心筒和所述巨型柱外包混凝土模型进行连接，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缩徐变模型所定义的收缩徐变特 性。
[0011] 所述步骤三中，在所述巨型柱外包混凝土的梁单元模型的两个节点之间，建立一 个叠合的梁单元模型来模拟所述巨型柱内包钢骨。
[0012] 所述步骤二中，在所述核心筒的梁单元模型截面的刚度削弱部位相应地修改截面 力学参数。
[0013] 所述步骤四中，所述框架-核心筒结构体系的楼板、次梁均简化为附加均布荷载 输入所述框架_核心筒体系结构计算模型。
[0014] 本发明的效果在于：
[0015] -、本发明的框架-核心筒结构体系施工全过程的结构分析方法，采用等效梁单 元模型模拟超高层建筑核心筒及巨型柱外包混凝土，能够在很大程度上减少模型单元数 量，实现计算速度快，避免因模型修改而导致反复计算耗时长的弊端，这对于适应现场施工 的紧迫性十分有利。
[0016] 二、本发明的框架-核心筒结构体系施工全过程的结构分析方法，实现混凝土收 缩徐变模型与核心筒和巨型柱外包混凝土的梁单元模型的连接，使得核心筒和巨型柱外包 混凝土材料具有混凝土收缩徐变模型所定义的收缩徐变特性。而且，在考虑混凝土收缩徐 变时，采用梁单元模型计算分析，更符合规范中收缩徐变模型单向应力状态的前提条件，因 此，能够准确计算核心筒因混凝土收缩徐变引起的竖向变形，其最终目的能够在整个施工 阶段，快速有效地预测结构竖向变形及构件内力变化、确定各施工阶段结构标高的补偿量、 伸臂桁架固结时机及沉降后浇带封闭时机等一系列计算分析问题，从而为设计和施工提供 参考。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例一中核心筒横截面的结构示意图；
[0018]图2为本发明实施例一中巨型柱横截面的结构示意图；
[0019]图3为核心筒采用梁单元模型模拟的网格划分示意图；
[0020] 图4为巨型柱采用梁单元模型模拟的网格划分示意图；
[0021]图5为核心筒采用板单元模型模拟的网格划分示意图；
[0022] 图6为巨型柱采用梁板单元模型模拟的网格划分示意图
[0023]图7为修改梁单元模型截面力学参数模拟核心筒截面削弱部位的示意图；
[0024] 图8为本发明与常规方法仿真分析的竖向变形量以及监测数据的对比图；
[0025] 图9为本发明框架-核心筒结构体系施工全过程的结构分析方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的框架_核心筒结构体系施工全过程 的结构分析方法作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征 将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另 外说明的是，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。
[0027] 本实施例以某超高层建筑的施工为例，其采用框架-核心筒结构形式，总计70层， 高度330m，共划分96个施工阶段，利用有限元软件MIDASGEN模拟该超高层建筑建立有限 元模型，对该超高层建筑施工全过程进行仿真分析，以确定钢构件的竖向变形补偿值，具体 步骤如下：
[0028]S101 :如图1和图2所示，计算超高层建筑整个核心筒10及巨型柱外包混凝土 20 的截面力学参数，包括核心筒10等效截面面积A、抗弯惯性矩lxx、lyy，抗扭惯性矩Izz;巨 型柱外包混凝土 20等效截面面积A'、抗弯惯性矩Ixx'、Iyy'，抗扭惯性矩Izz' ；及巨型柱 内包钢骨30的截面力学参数；
[0029]
【主权项】
1. 框架-核屯、筒结构体系施工全过程的结构分析方法，步骤如下： 步骤一；计算各层核屯、筒及巨型柱外包混凝±的截面力学参数，包括所述核屯、筒等效 截面面积A、抗弯惯性矩Ixx、lyy，抗扭惯性矩Izz ;所述巨型柱外包混凝±等效截面面积 A'、抗弯惯性矩Ixx'、lyy'，抗扭惯性矩Izz' ； 步骤二：分别建立所述核屯、筒和所述巨型柱外包混凝±的等效梁单元模型，将所述步 骤一得到的截面力学参数分别输入所述梁单元模型； 步骤建立巨型柱内包钢骨梁单元模型，并输入所述巨型柱内包钢骨的截面力学参 数； 步骤四；建立完整的所述框架-核屯、筒体系结构计算模型，进行计算并输出结果。
2. 根据权利要求1所述的框架-核屯、筒结构体系施工全过程的结构分析方法，其特征 在于，所述步骤=和步骤四之间还包括；定义混凝±收缩徐变模型，将所述混凝±收缩徐变 模型与所述步骤二的所述核屯、筒和所述巨型柱外包混凝上模型进行连接，使得所述核屯、筒 和所述巨型柱外包混凝±具有所述混凝±收缩徐变模型所定义的收缩徐变特性。
3. 根据权利要求1或2所述的框架-核屯、筒结构体系施工全过程的结构分析方法，其 特征在于：所述步骤=中，在所述巨型柱外包混凝±的梁单元模型的两个节点之间，建立一 个叠合的梁单元模型来模拟所述巨型柱内包钢骨。
4. 根据权利要求1或2所述的框架-核屯、筒结构体系施工全过程的结构分析方法，其 特征在于；所述步骤二中，在所述核屯、筒的梁单元模型截面的刚度削弱部位相应地修改截 面力学参数。
5. 根据权利要求1或2所述的框架-核屯、筒结构体系施工全过程的结构分析方法，其 特征在于；所述步骤四中，所述框架-核屯、筒结构体系的楼板、次梁均简化为附加均布荷载 输入所述框架-核屯、筒体系结构计算模型。
【专利摘要】本发明的框架-核心筒结构体系施工全过程的结构分析方法，涉及建筑工程技术领域，针对现有的框架-核心筒结构体系的结构分析方法，计算模型单元数量多、计算速度慢、建模修改耗时巨大的问题。步骤：一、计算各层核心筒及巨型柱外包混凝土的截面力学参数；二、分别建立核心筒和巨型柱外包混凝土的等效梁单元模型，将步骤一得到的截面力学参数分别输入梁单元模型；三、建立巨型柱内包钢骨梁单元模型，并输入巨型柱内包钢骨的截面力学参数；四、建立完整的框架-核心筒体系结构计算模型，进行计算并输出结果，可用于确定施工阶段结构竖向差异变形补偿量，能够减少模型单元数目，计算速度快，对于适应现场施工的紧迫性十分有利。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104573202
【申请号】CN201410822644
【发明人】伍小平, 李怀翠, 夏飞, 李兵
【申请人】上海建工集团股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月22日