超高层混合结构竖向变形差实测分析

吴 微 （天津市建筑工程职工大学，天津 300074）

0 引 言

在经济快速发展的当今，一些超高层建筑不断的拔地而起，成为地标性的建筑。而如今的这种超高层建筑越来越多的采用混合结构，如钢框架-筒体结构体系就是超高层建筑采用较多的一种结构形式，而这种混合结构的竖向变形差问题就成为一个亟待解决的问题。由于混合结构竖向构件采用的材料不同，他们的弹性变形不一致，必然产生变形差，而竖向变形差的存在影响水平构件的水平度，在结构中产生附加内力，严重的会产生墙体开裂、幕墙开裂、管道和电梯等受到影响，影响较轻的可采用加固处理的方法解决，影响严重的会使结构不能正常使用，带来安全问题和经济损失。因此，对钢框架-筒体结构的竖向变形差的研究是一项非常重要的工作，同时对指导工程实际施工具有重要意义。

1 本文研究的工程背景

天津市五号院塔楼工程，坐落于天津市和平区泰安道以南，南邻曲阜道，东临大沽北路，西临浙江路。总建筑面积181000m2。塔楼地下3层，地上47层，-3层地面标高-14.4m，屋顶高度250.80m，最高点高度252.2m。结构形式为框架—核心筒结构，核心筒为钢筋混凝土，外框为钢管混凝土柱，框架钢结构与核心筒预埋铁板连接形成整体空间结构，圆钢管柱与钢梁之间连接为栓焊刚性连接，钢梁与核心筒为高强螺栓铰接连接。此工程为超高层混合结构建筑。

2 实测方案

本方案主要实测是在不同施工阶段情况下，已完各楼层的核心筒和外框架柱之间的竖向变形差的监测。通过对柱筒间水准仪测得的监测点核心筒和柱上已固定的钢钉的高程差而获得二者的变形差，从这个变形差的变化即可知道外框架柱和核心筒在不同工况下的变化情况。监测点的平面布置情况如图1所示。

图1 结构平面布置及实测构件位置

图2 位置6变形差随高度的变化

3 实测结果及分析

由于竖向变形差主要是框架柱与核心筒之间的变形差，所以实施监测活动只对框架柱和核心筒间的变形差进行监测，而没有对外框架柱与柱之间的变形差进行监控。为与软件分析作对比，分别从变形差沿结构高度的竖向分布情况和在平面不同位置的分布情况两方面对监测结果分析。

3.1 变形差在竖向的变化情况

由于在监控方案下对不同楼层监测工作量较大，随着施工楼层的不断增加，对低楼层的监测则是有选择的进行。再则由于事先在柱和核心筒上预置的钢钉在施工过程中遭到了破坏，导致对应监测点数值的缺失。因此，对竖向变形差随结构高度的变化分析时，选择监测的数据既考虑监测点数据的完整性，又考虑与软件分析的平面位置点相对应，以便对比分析。对监测数据的整理，最终选择监控方案中位置6为研究对象。监测数值是在50层核心筒、49层框架柱施工工况下获得不同高度处楼层的高程差。为反映变形差的变化情况，把此工况下预设点的高程差与初始测得该楼层该位置的高程差相减，即得到该楼层该位置在此工况下的变形差值。根据不同楼层的变形差值可以画出变形差随高度的变化曲线，如图2所示。

图3 竖向变形差的平面分布

位置6变形差的变化图形反映出，随着楼层的增加先出现增长然后出现反向增大的现象，在35层开始出现最大反向变形差，差值达到-3mm，这与理论分析中总变形差的随楼层高度的变形趋势相同，都在结构高度靠上部的楼层出现了变形差由正向负的逆转，只是与软件分析不同的是发生变形差转变的楼层有所不同。这是由于在实际施工中为减小竖向变形差采取了措施，再有结构还有两个施工段没有完成，都对实际测得的数值有一定的影响。监测位置6是与软件分析下该位置的变形差变化对比，变形差都随建筑高度的增加而增大，只是最大值出现的楼层不同，监测图形看出的是在35~38层中，而软件分析下是在大约施工段16的位置，也就是40多层的位置，由于监测未对40层以上部分进行监测，所以难以反映上部的变形差变化情况。

3.2 变形差在平面内的变化情况

变形差在平面的变化情况是指在某个楼层不同位置框架柱和筒的变形差的大小情况。由于实际施工现场环境复杂，监测点预置钢钉的缺失，导致获得的监测数据有限。既考虑楼层内监测数据的完整性，又考虑与软件分析下的楼层相接近的原则。因此，在沿结构高度选取9、21、35、38层作为平面内变形差的研究分析。此监测数值是在施工50层核心筒和48层框架时测得，此时由于施工接近尾声，荷载已基本作用在结构上，结构的变形也已基本达到稳定状态，所以测得的数值更符合实际，能反映真实情况。对此施工工况下的监测数据整理，绘制四个楼层的变形差分布图形如图3所示。

按监测方案的布置要求，一层平面内有8个变形差监测点，但是由于监测点的损毁从而使平面内测到的数据少于8个，体现在图3的横坐标平面位置编号显示不全。从图3变形差在平面内的分布情况可知，9层和21层的变形差有正值，不完全是负值，高楼层35和38层内所有位置点的变形差都为负值，这与软件分析结果有相似之处，软件分析下32层内有负值点而44层内的变形差全为负值，也就是说随着楼层高度的增加，其楼层内的变形差逐渐由正值转向负值的变化趋势。对比35层变形差和软件分析下的32层变形差，由于二者高度相差不大，所以具有可比性。由图3中能看出位置2在35层中的变形差最小，而软件计算下的32层该位置的变形差相对较小，所以再次说明软件分析结果的正确性。仔细分析监测数值与在软件中模拟分析下的计算结果不是完全一致，其原因诸多，如选择楼层的差异、实际监测误差的存在、施工作业现场其它的影响因素等。

4 结 论

对竖向变形差的监测结果分析，可以得出竖向变形差在超高层混合结构中是存在的。变形差随楼层增加而表现出的变形规律与施工分析的理论结果是一致的，只是出现最大值的楼层有所不同，而竖向变形差在平面内的分布规律基本相似，但不是完全相同。施工现场实际监测可以在理论计算的前提下真实的反应出结构在实际施工中受力及变化情况，为施工过程中分析构件的安全提供保障，施工监测同时可以验证模拟施工分析的可靠性，对指导工程实际施工具有现实意义。

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