第二十三届高层建筑结构学术会议论文2014年 超高层结构竖向压缩变形对单元式幕墙设计影响 刘枫，刘军进，孔慧，程卫红，李建辉，孙在久2 （1中国建筑科学研究院，北京100013；2中建幕增有限公司，北京100037） 提要：超高层结构竖向压缩变形不可忽视，其主体结构层间竖向压缩变形差可能对单元式募墙节点的竖向变形 间隙预留设计产生影响.
本文以超高层工程项目为背景进行施工模拟计算，分析不同区段，募墙构件安 装完成后的层间整向压缩变形差值，计算时计入重力荷载、混凝土收缩、混凝土徐变等因素的影响，考 察各种影响因素的影响比例：比较不同高度的超高层建筑的层间竖向相对变形值对幕墙设计的影响：检 验超高层建筑竖向压缩变形值增大，是否会造成超高层建筑幕端的竖向变形预留间原不足的问题.
根据 上述分析计算成果，给出相应的幕墙设计建议.
关键词：竖向压缩变形，单元式幕墙，施工模拟，收缩徐变 1引言 近年来，我国已经成为世界超高层建筑发展中心之一，与一般的多高层建筑相比，超高层建筑结构的 重量大，在竖向荷载作用下，各个不同竖向构件在压应力水平、材料方面存在明显差异：在结构施工时， 核心筒施工往往先于周边框架柱施工，造成各部分结构受荷时间有先后：加上混凝土材料的徐变、收缩等 非荷载作用的影响，超高层结构必然产生不可忽视的竖向压缩变形.
随着超高层建筑的发展，对结构竖向压缩变形的分析研究是学者和设计者非常关注的问题.
基于计算 机在结构中的广泛应用，学者们提出通过施工模拟来考虑施工过程对结构的影响.
近年来，施工模拟技术 在超高层建筑设计当中的应用技术日趋成熟，范重，孔相立，刘学林（2012）对超高层建筑结构施工模拟 技术最新研究进展与实践进行了比较完整的总结，并给出了相应的工程应用实例.
从70年代开始，国际 上才逐渐研究高层建筑中混凝土收缩徐变引起的竖向变形间题，时至今日，对于超高层建筑面言，收缩徐 变的影响不能忽略已成为各界的共识.
上述研究成果的重点主要放在超高层建筑竖向压缩变形对主体结构的影响上，而上述竖向压缩变形对 幕墙设计的影响则研究较少.
玻璃幕墙作为现代建筑的标志，被广泛应用于超高层建筑中.
在超高层建筑中大多选用单元式玻璃幕 墙.
在幕墙设计中，幕墙自身结构需采用各种构造措施以实现各方向的位移、伸缩、变位能力，从面适应 主体结构的变形需求.
现行规范对单元式幕墙的竖向变形间隙预留并没有特别明确的规定，如果参考幕墙规范中上下立柱之 间的缝隙预留，此值应在15mm以上.
那么，对于超高层建筑而言，竖向压缩变形值增大是否会造成超高 层建筑幕墙的竖向变形预留间隙不足，本文即就此项内容开展研究工作.
2主体结构竖向压缩变形与幕墙节点竖向变形间隙预留 2.1幕墙节点竖向变形间隙预留 作者筛介：刘枫（1975）女，研究员
第二十三届高层建筑结构学术会议论文 2014年 以昆明西山万达项目为例，介绍一下单元式幕墙的插接节点连接.
昆明西山万达广场的主要幕墙形式 为明框单元式玻璃幕墙.
单元式幕墙单元体的竖向插接典型节点如图1所示，具体的插接位置在图1所示的细节1方框内，细 节1局部放大见图2，可见，公母框竖向变形的间隙尺寸在本项目中预留为25mm，公母料之间填充的是 可以收缩的海绵体.
通常，单元体幕墙的竖框高度为一个楼层高（或两、三个楼层高），昆明万达超高层 写字楼的标准层高为4.1m，这就意味着每4.1m，单元体幕墙有一个25mm的竖向预留间隙，图3可以更 加清楚的看到这个间隙的示意图.
细节1 r2-56 即HX%) B#1±(392) ()E 图1昆明西山万达单元式募墙单元体的竖向插接典型节点 图2单元体竖向插接典型节点细节1 图3单元体竖向插接典型节点一竖向变形间除预留示意图
第二十三届高层建筑结构学术会议论文 2014年 需要说明的是，单元体幕墙竖向变形预留间隙，是完全用于适应单元体幕墙安装后的各单元体板块间 的竖向变形差，而不是用于调节主体结构本身的施工误差.
也就是说，在进行竖向变形预留间隙计算时， 我们只需要考虑幕墙单元体安装完成后所发生的竖向压缩变形量，而且是层间竖向压缩变形量的差值.
2.2主体结构竖向压缩变形对幕墙竖向预留间隙设计的影响 根据上节所述，可知主体结构的竖向压缩变形对幕墙节点的竖向预留间隙设计确有影响，主体结构竖 向压缩变形过程示意可参见图4.
硬计图航目标位系 交使第-吾柱 d11 为H1 在H11 表氧作附下压痛量 社是向压变部 d12为16-2荷膜月下压维量 社里向压幅形 第三阶柱 d136H3开下量 在向压烯失 d229H2在13表作时下量 31 为H3在H3 有氧作用下至等量 ① ② ③ ④ 图4主体结构竖向压缩变形模拟 以图4的第二层柱为例，第二层柱在第7步长度变为H2dl11-d21-d22，假定第二层的幕墙是在第5步 进行安装，即安装时幕墙的长度为H2d11-d21，则主体结构竖向压缩变形差为（H2d11-d21-d22）- (H2d11-d21) =-d22.
此值可以通过（第7步第二层柱顶和柱底两点的位移差）-（第5步第二层柱顶和柱底两点的位移差） 计算出来.
如下所示： 第7步第二层柱顶和柱底两点的位移差=-（d12d13d21d22）（d11d12d13）=d11-d21-d22： 第5步第二层柱顶和柱底两点的位移差=-（d12d21）（d11d12）=d11-d21： （第7步第二层柱顶和柱底两点的位移差）-（第5步第二层柱顶和柱底两点的位移差）=-d22.
这里d22就是幕墙节点为竖向变形预留间隙的最小尺寸.
3苏州中南中心（600m）竖向压缩变形对幕墙设计影响分析 3.1项目概况 “苏州中南中心项目”位于苏州市工业园区金鸡湖畔湖西CBD商务区F地块，东面正对金鸡湖，毗 邻东方之门和苏州中心.
“苏州中南中心项目"由一幢137层塔楼及8层裙房组成，主体建筑上人高度598m， 塔楼与裙房在地面以上用抗震缝分开，形成独立的抗震单元.
项目效果如图5所示.
本工程塔楼结构采用巨型框架核心筒伸臂桁架结构体系.
核心筒在平面上呈正方形，为典型的4x4 置一对（共8根）巨型钢骨混凝土巨柱SC1，巨柱SC1外形呈长方形，随高度方向逐渐减小，在建筑角部
第二十三届高层建筑结构学术会议论文 2014年 共布置4根角柱SC2，设置6个外伸臂桁架加强区，同时在机电层和避难层分别设置两层高的九道环带析 架，把巨柱连接起来.
苏州中南中心塔楼典型楼层平面布置见图6. 根据建筑功能要求，结构30层以下标准层层高4.4m，30层至100层的标准层层高3.8m，100层以上 标准层层高3.75m，全楼共142层.
角柱SC2 边柱SC1 图5苏州中南中心效果图 图6苏州中南中心塔楼结构平面布置图 3.2计算模型 本项目采用SAP2000软件进行施工模拟计算，计算模型如图7所示.
巨型钢骨混凝土边柱截面沿高度从3000x6500mm逐步收缩到1800x1800mm，采用C70混凝土，截面 含钢量4%~4.5%：模型巨型钢骨混凝土角柱采用等效巨型截面，沿高度从3600x3600mm逐步收缩到 1350x1350mm，采用C70混凝土，截面含钢量4.5%~5.1%.
核心简混凝土墙体厚度沿层高从1300mm~900mm 逐步收缩到500mm~400mm.
核心筒墙体全楼范围布置少量型钢，混凝土强度等级C60.
结构主次梁、伸 臂桁架及环桁架均采用钢结构，型钢和钢板均采用Q345.
模型巨柱和核心筒墙体混凝土均采用壳单元，型钢梁柱均采用梁单元，混凝土楼板及钢板采用壳单元.
基于研究目的，模型进行了如下简化： （1）模型苏南中心仅保留至主体建筑上人高度（598m）： （2）模型对结构荷载进行了标准层归并，仅定义结构自重、附加恒载和幕墙荷载，便于定义施工模 拟工况.
本次徐变和收缩计算采用1990CEB-FIP模式规范（混凝土结构）进行.
E (28) p(r .
) 混凝土收缩计算公式为：8（.r）=6β（1-1） （2）混凝土所处环境：平均相对湿度65%，平均温度从5℃至30℃.
(3）β=5，普通或快硬水泥.
第二十三届高层建筑结构学术会议论文 2014年 结构整体模型 核心筒 巨柱及环形析架 伸臂桁架 图7苏州中南中心塔楼结构计算模型 3.3荷载取值及施工模拟工况定义 在进行施工模拟计算时，考虑如下荷载： （1）恒荷载：①结构自重：结构自重由程序根据输入截面自动计算：②楼面附加恒荷载：2.1kN/m²： ③单元式幕墙立面自重：1kN/m²： （2）楼面活荷载①办公室：4.0kN/m²：②核心筒机电区：5.0kN/m²：③设备层：7.0kN/m²： （3）风荷载：基本风压：0.5kN/m²（100年）.
为了完成结构的施工模拟计算，需要假定结构的施工顺序.
假定4层为一组，核心筒施工先行，外框架与核心筒相差4层（20天），混凝土板浇筑比外框架施工 滞后4层（20天），装修比混凝土板滞后8层（40天），幕墙安装比装修滞后16层（80天）.
以整个结构 施工完成后两年作为计算时间点.
根据已有实验结果，混凝土徐变和收缩早期发展很快，大部分徐变和收 缩会在施工完成后两年以内完成.
3.4柱顶位移时间历程 图8所示为第68层边柱顶位移时间历程曲线.
图中分别表示了柱顶的弹性位移、徐变位移和收缩位 移的时间历程，可见，在结构施工完成两年后，混凝土徐变和收缩已完成70%以上.
0 300 600 1200 1500 1800 0 10 数30 移 -40 弹性位移 -50 徐变位移 -60 收缩位移 图8苏州中南中心第68层边柱顶位移时间历程曲线
