第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 沈阳宝能金融中心T1塔楼长期变形模拟分析与控制 吴兵，孙璨，傅学怡，孟美莉，冯叶文 （深圳大学建筑设计研究院，深圳，518060） 摘要：超高层混凝土结构长期竖向变形随时间不断发展变化，如设计分析控制不当，一方面可能影响幕墙、电梯、管道等 沈阳宝能金融中心11塔楼考虑徐变、收缩效应的长期变形模拟分析，合理预测该超高层建筑结构在施工生成直至长期使用 各阶段典型竖向构件的长期变形及变形差的发展变化情况，分析计算各层竖向构件施工预留长度，为设计施工及使用期间竖 向变形监测等工作提供重要的参考依据.
关键词：超高层建筑：长期变形：收缩：徐变：施工模拟：预留长度 1引言 沈阳宝能金融中心T1塔楼采用劲性混凝土核心筒-钢伸臂-钢带状桁架-钢管混凝土巨柱-钢斜撑结构， 主体结构高548m.
自施工至长期使用阶段，该超高层建筑的竖向构件长期竖向变形发展较为明显.
一 方面，巨柱和核心筒的竖向绝对压缩变形主要对幕墙、隔墙、机电管道和电梯等非结构构件产生影响，需 在施工阶段引入适当的变形容差以补偿预计的竖向构件变形，确保非结构构件安全及电梯等设备的正常使 用.
另一方面，由于巨柱和核心筒含钢率不同以及重力作用下压应力水平差异，使得巨柱和核心筒的竖向 变形存在差异，该差异变形不仅影响楼屋面的水平度，还将在联系巨柱和核心筒的水平构件（如伸臂桁架） 中引起较大的附加内力，导致竖向构件内力重分布，施工应采取合理措施释放此类附加内力：同时长期重 力荷载作用下，混凝土长期变形发展将引起结构及构件内力重分布，深化设计中需予以考虑.
基于上述间题，本文重点进行从施工到使用阶段全过程中结构在重力荷载作用下的长期变形模拟分析， 为施工及使用期间竖向变形监测提供依据，并提出相关施工顺序及控制建议，进而确保非结构构件安全及 电梯等设备的正常使用，有利于控制和保证工程质量.
2施工步骤 基于以往工程经验及施工阶段结构在自重作用下的变形及受力分析结果，结构巨型外框架同核心筒体 在重力荷载作用下的竖向变形量及发展趋势存在一定的差异，如按照楼层顺序逐层施工及杆件安装，外框 架同核心筒之间的长期竖向差异变形将引起水平楼盖及杆件较大的附加内力，同时巨型混凝土框架柱上下 层变形差异也将使得主要起抗侧作用的斜撑承担较多的重力荷载作用.
鉴于上述，实际施工中采取巨型框 架柱滞后核心筒施工、伸臂腹杆及斜撑后装等方式，合理设定结构整体施工步骤如下（图1）： 1）地下结构施工工期约100天：地上结构普通楼层平均6-7天施工一层，设备及避难层15天施工一 层：计及沈阳当地气候条件，年实际可施工天数250天左右，总施工周期约1100天： 2）核心筒先于外框架巨柱施工，巨柱施工平均滞后核心筒2-3层： 3）核心筒内混凝土楼板施工滞后核心筒1层： 4）核心筒外部的楼板施工滞后巨柱2层，伸臂弦杆后刚接： 基金项日：国家自然科学基金项目（51308117） 作者简介：吴兵（1977-)，男，碳士，教授级高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 5）伸臂弦杆先较接，待主体结构完工后刚接：伸臂腹杆待主体结构完工后安装：斜撑先通过楼面钢板 提供临时支撑，待主体结构完工后连接上端部： 6）幕墙施工滞后核心筒40层，每层6天.
图1施工模拟分析步骤（部分）及整体模型示意 3施工模拟及长期竖向变形分析 根据以上施工步骤计划，对T1塔楼进行考虑混凝土徐变收缩效应、自施工至使用阶段全过程的依时 非线性施工模拟分析.
3.1分析模型 该结构考虑徐变、收缩效应的依时非线性施工模拟分析模型如图1所示.分析软件采用SAP2000V14.1 及MIDASGENV7.8，剪力墙、巨柱、楼板用SHELL单元模拟，考虑钢管及内置型钢影响，其他构件用 FRAME单元模拟，楼板按弹性楼盖考虑.
分析中每个施工步均进行两次计算，先进行重力荷载作用下的弹性分析，再进行考虑混凝土徐变、收 约3年），仅考虑结构自重长期作用：结构主体施工完成进入装饰期内（设约2年），结构长期荷载按“自 恒载0.5活载”考虑.
3.2混凝土长期效应计算模型 本文分析采用的收缩、徐变模式来自应用较广泛的CEB-FIP（MC90）.
根据本工程特点及沈阳地区 气象资料，具体参数取值如下：加载龄期r-计为混凝土构件拆模时间，取为7天：分析周期-至施工完成 后50年：构件名义厚度-根据不同构件的截面和长度尺寸分别计算：相对湿度RH-根据沈阳当地气象资料， 平均取62%；水泥类型系数β取5（普通水泥）：收缩开始时龄期r取3天.
3.3含钢率影响修正 本文分析中考虑含钢率影响对混凝土徐变及收缩模式进行修正，修正系数如下口： =- 1- 6.1np (1) 上式中，p为构件含钢率：n为钢材与混凝土弹性模量的比值.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3.4主要分析结果 3.4.1竖向构件变形 考虑到整体结构平面对称性，选取图2所示框架柱及核心筒角点位置竖向变形值作为基本分析对象： 图2竖向变形取值点示意（红圈内框架柱及篮圈内筒体角点） 框架巨柱和核心筒在其各自顶部的长期变形量及沿结构高度的最大长期变形值统计如表1所示.
可见， 结构施工至使用50年期全过程中，竖向构件的长期竖向变形保持增长趋势，至使用50年期时，整体结构 顶部最大变形约254mm：竖向构件最大变形位置随着时间的推移由中部楼层移至上部楼层，其中框架巨柱 最大变形约268mm，位于第90层，核心筒最大变形约26lmm，位于第99层.
表1巨柱和核心筒竖向累积变形统计 指标 主体结构施工完成时 装饰完成后 竖向累积变形（mm） 投入使用1年后 竖向累积变形（m） 竖向累积变形（m） 548n标高处巨柱 5.4 71.2 115.4 494n标高处核心筒 21.3 79.6 122.1 巨柱最大变形 109（54层) 142 （57层) 171（57层） 核心筒最大变形 87（60层） 120 (60层) 154（78层) 指标 投入使用10年后 投入使用20年后 投入使用50年后 竖向累积变形（mm） 竖向累积变形（m） 竖向累积变形（mm） 548m标高处巨柱 180. 8 212.2 253.7 494n标高处核心筒 180.8 209. 1 246. 9 巨柱最大变形 214 (78层) 236 (90层) 268 (90层) 核心筒最大变形 201（87层） 226 （99 层) 261（99层） 图3-8为结构施工至使用各阶段巨柱竖向累积变形随楼层分布的发展变化情况（核心筒类似，略）.
可以看出，巨柱及核心筒长期竖向变形发展规律基本一致：主体结构完工时，竖向最大累积变形主要发生 在中部，符合施工逐层找平的规律：而随着时间增长，由于混凝土收缩、徐变变形的发展及附加恒载、活 载的施加，上部楼层竖向变形增长较快，最大变形楼层位置逐步向上推移：同时，结构竖向变形在施工装 饰期内及投入使用初期有较大幅度的增长，符合混凝土收缩、徐变效应发展速率前期较大、后期逐步放缓 的基本性质.
113 00 43 图3主体结构完工时各层巨柱竖向变形发展 图4主体完工至装修阶段各层巨柱竖向变形发展
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 使用1年184 社量向变形发系 250 160 快10年 140 200 20 100 80 00 40 es 图5装饰期至使用1年阶段各层巨柱竖向变形发展 图6投入使用1至10年阶段各层巨柱竖向变形发展 使用16年26年-6至病支帮支基 使用19年-34年---区社至向支作发表 250 用20年后 300 月10年后 250 三伙50年 200 20年后 100 150 100 50 es 图7投入使用10至20年阶段各层巨柱竖向变形发展 图8投入使用20至50年阶段各层巨柱竖向变形发展 分别选取上、中、下三个典型楼层：第25层（下部）、第60层（中部）及第105层（顶部），统计各 层巨柱和核心筒竖向累积变形随时间变化情况，如图9-10所示.
可以看出，投入使用后（约1850天后） 巨柱及核心筒竖向变形将逐步趋于稳定：各层竖向构件各阶段变形量同使用50年期变形量的比值统计如表 2所示，可见，使用1年、10年期变形量分别平均达到50年期变形量的70%和80%以上.
正位长期整肉变形或展 美体长期垫向先形生展 300 250 250 200 200 150 21.86.长 00 11 ≤. 181E长 5000 15000 20090 5000 1000 15000 20000 图9不同楼层巨柱竖向变形随时间变化发展情况 图10不同楼层筒体角点竖向变形随时间变化发展情况 表2各时期竖向变形同使用50年后竖向变形占比 楼层 主体结构完成时 装饰完成时 使用1年后 核心筒 巨柱 核心筒 巨柱 核心筒 巨柱 25层 0. 51 0.54 0. 63 0.65 0.74 0. 76 60层 0.40 0.41 0.55 0.56 0.67 0. 69 105层 0.11 0. 11 0.34 0.34 0.51 0.51 楼层 使用10年后 使用20年后 使用50年后 核心筒 巨柱 核心筒 巨柱 核心筒 巨柱 25层 0.86 0. 88 0.92 0.93 1. 00 1. 00 60层 0.83 0.84 0. 90 0.91 1. 00 1. 00 105层 0.74 0.74 0.85 0.85 1. 00 1. 00
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3.4.2竖向构件变形差 图11~12给出了各阶段核心筒同巨柱间竖向变形差随楼层分布情况.
可以看到，随着时间增长变形差 逐渐增大：中部楼层变形差相对较大，投入使用50年期最大竖向变形差分别为31mm（51层）.
第佛定成后--整心首-E私至的支彩差磁对植 使用38年品心首-至点至向史形是结时任 25 30 21 15 10 快 图11施工装饰完成时核心筒与巨柱竖向变形差统计 图12投入使用50年后核心简与巨柱竖向变形差统计 3.4.3伸臂腹杆变形差 考虑到伸臂腹杆后装，弦杆后刚接，安装之后腹杆两端巨柱与核心筒的变形差将在伸臂内引起附加内 力.
自伸臂腹杆安装后至投入使用1年、10年、20年及50年期四道伸臂（自下而上排序）两端核心筒与 巨柱竖向变形差增量统计见表3，中下部两道伸臂竖向变形差长期增量略高于上部两道伸臂.
表3使用阶段各时期钢伸臂两端框架柱-核心筒竖向变形差同安装前竖向变形差增量统计 伸臂 使用1年后 使用10年后 使用20年后 使用50年后 变形差增量（mm） 变形差增量（mm） 变形差增量（mm） 变形差增量（mm） 第一道伸臂 3.9 5. 1 5.5 5.9 第二道伸臂 5.2 6.6 7.1 7.5 第三道伸臂 3.0 3.9 4. 0 3.9 第四道伸臂 1.1 1. 4 1.3 1.0 3.4.4竖向构件变形补偿分析 1）楼层标高预留高度计算 为补偿竖向构件的压缩变形，楼层施工时需预留一定的施工高度，由于巨柱和核心筒竖向压缩变形不 同，其预留量也不同.
楼层施工时按绝对标高控制，竖向构件楼层施工标高H’为楼层设计标高H，和标 高预留高度6，之和.
楼层标高预留高度6，即该楼层施工后到设定期限内的总下沉变形.
通过前文巨柱和 核心筒竖向变形随时间变化分析可知，投入使用10年后各构件竖向变形平均占50年期总竖向变形的80% 以上，因此将投入使用10年期作为竖向构件标高预留高度的计算时间点，通过各层标高预留高度，投入使 用10年后竖向构件各层达到设计标高.
巨柱和核心筒各层标高预留高度见图13~14，巨柱最大楼层标高预 留高度为214mm（78层），核心筒最大楼层标高预留高度为20lmm（87层）.
快用：8年--格心商垫向变形发展 250 259 200 64 se 图13巨柱竖向预窗高度楼层分布 图14核心简竖向预留高度楼层分布 2）楼层竖向构件下料预留长度计算 为实现上述楼层预留高度，各层竖向构件施工下料时需预留一定的长度，使得投入使用10年后各层竖 向构件长度达到设计层高，该预留长度即为建筑投入使用10年后该层竖向构件压缩量.
