超高层结构竖向变形预测方法及设备与流程

1.本发明涉及一种超高层结构竖向变形预测方法及设备。


背景技术：

2.随着经济社会的发展，超高层建筑在城市建设的过程中不断涌现。在建筑高度不断向上增加的同时，建筑结构自身所承担的竖向荷载也在不断增大，对于高度大于100m的高层结构还需要考虑收缩和徐变的影响，由这些因素引起的结构竖向变形对结构的影响达到了不可忽视的程度，有必要对高层结构的竖向变形进行科学预测并进行相对的工程调整措施。
3.现有的对高层建筑竖向变形的研究手段大多采取施工全过程模拟以及施工期间对结构进行变形监测的方式，但这种方式通常存在工作量较大、过程繁复且需要投入大量的时间进行数据采集和对比分析等特点，不利于工程师快速把握该结构的竖向累计变形特征。工程上有时会采取更为方便快捷的估算方式来判断结构工程技术指标的量值，进一步判断结构受力或变形趋势，具有一定的工程指导意义。超高层建筑结构竖向变形的估算方法则通常采取混凝土弹性变形、徐变变形和收缩变形的累加，现有的计算方法需要同时对三者进行理论上的数值分析，且与实际情况相比误差较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种超高层结构竖向变形预测方法及设备。
5.为解决上述问题，本发明提供一种超高层结构竖向变形预测方法，包括：
6.根据图纸确定超高层结构的模型；
7.根据所述模型确定超高层结构的各竖向构件所使用的材料以及材料的弹性模量e
i
、材料强度f
i
，各层层高h
i
，其中，i表示层数，e
i
表示第i层弹性模量均值，f
i
表示第i层竖向构件抗压强度设计值均值；
8.记所述超高层结构的第i层的竖向构件所在高度x位置处所受到的平均正应力大小为σ
i
(x)，所述超高层结构的总高度为h，根据竖向构件应变沿总高度h方向的积分关系得到的弹性变形量δ1；
9.超高层结构施工结束阶段，考虑超高层结构的总体竖向变形为竖向构件的竖向弹性变形与变形放大系数β1的乘积，以此来估算施工结束状态下竖向构件的总体竖向变形δ＝β1δ1；
10.考虑长期荷载作用下，总体竖向变形为结构竖向弹性变形与变形放大系数β2的乘积，以此来估算施工结束状态下竖向构件的总体竖向变形δ
′
＝β2δ1。
11.进一步的，在上述方法中，所述模型包括：核心筒模型以及外框架结构模型。
12.进一步的，在上述方法中，所述超高层结构的各竖向构件包括：墙和柱。
13.进一步的，在上述方法中，所述弹性变形量其中，e
i
(x)表示第i层
的竖向构件所在高度x位置处的材料的弹性模量。
14.进一步的，在上述方法中，σ
i
(x)＝
‑
0.018x σ
1，max
，σ
1，max
为竖向构件所受到的实际应力最大值。
15.进一步的，在上述方法中，μ为所述超高层结构的竖向构件的轴压比。
16.进一步的，在上述方法中，表示轴力设计值n和截面面积a与竖向构件抗压强度设计值均值f
i
乘积的比值。
17.进一步的，在上述方法中，
18.进一步的，在上述方法中，
19.根据本发明的另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其中，该计算机可执行指令被处理器执行时使得该处理器：
20.根据图纸确定超高层结构的模型；
21.根据所述模型确定超高层结构的各竖向构件所使用的材料以及材料的弹性模量e
i
、材料强度f
i
，各层层高h
i
，其中，i表示层数，e
i
表示第i层弹性模量均值，f
i
表示第i层竖向构件抗压强度设计值均值；
22.记所述超高层结构的第i层的竖向构件所在高度x位置处所受到的平均正应力大小为σ
i
(x)，所述超高层结构的总高度为h，根据竖向构件应变沿总高度h方向的积分关系得到的弹性变形量δ1；
23.超高层结构施工结束阶段，考虑超高层结构的总体竖向变形为竖向构件的竖向弹性变形与变形放大系数β1的乘积，以此来估算施工结束状态下竖向构件的总体竖向变形δ＝β1δ1；
24.考虑长期荷载作用下，总体竖向变形为结构竖向弹性变形与变形放大系数β2的乘积，以此来估算施工结束状态下竖向构件的总体竖向变形δ
′
＝β2δ1。
25.本发明提供了一种超高层结构的竖向变形预测方法，以竖向构件的设计轴压比作为构件最大应力值的计算条件，以此计算结构的竖向弹性变形，并估计结构最终的总体竖向变形；本发明可以根据竖向构件材料特性、截面特性以及结构高度分布快速高效推算出结构构件的累计竖向弹性变形；本发明无需对结构的徐变变形和收缩变形进行精确计算，可以根据结构竖向构件累计竖向弹性变形推算结构整体的竖向位移，包括施工结束阶段结构的竖向变形以及长期荷载作用下(2～3年后)结构的总竖向变形；本发明相较于施工全过程模拟和结构的变形监测等结构变形分析方式，简便快捷，且易于手算，能够在前期策划阶段帮助工程师快速把握结构变形特征。
附图说明
26.图1是本发明一实施例的超高层结构竖向变形预测方法的流程图；
27.图2是本发明一实施例的超高层结构竖向变形预测方法的计算简图。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.如图1和2所示，本发明提供一种超高层结构竖向变形预测方法，包括：
30.s1，根据图纸确定超高层结构的模型；
31.可选的，所述模型包括：核心筒模型以及外框架结构模型；
32.s2，根据s1中所述模型确定超高层结构的各竖向构件所使用的材料以及材料的弹性模量e
i
、材料强度f
i
，各层层高h
i
，其中，i表示层数，e
i
表示第i层弹性模量均值，f
i
表示第i层竖向构件抗压强度设计值均值；
33.可选的，所述超高层结构的各竖向构件包括：墙和柱；
34.s3，记所述超高层结构的第i层的竖向构件所在高度x位置处所受到的平均正应力大小为σ
i
(x)，所述超高层结构的总高度为h，不考虑施工过程中的施工找平和标高补偿，仅根据竖向构件应变沿总高度h方向的积分关系得到的弹性变形量其中，e
i
(x)表示第i层的竖向构件所在高度x位置处的材料的弹性模量；
35.s4，根据实际的工程设计资料以及先行的结构设计规范(《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》等)，确定所述超高层结构的竖向构件的轴压比μ，其中表示轴力设计值n和截面面积a与竖向构件抗压强度设计值均值f
i
乘积的比值；
36.在此，可以根据实际的工程设计资料以及先行的结构设计规范(《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》等)，确定该建筑结构体系竖向构件的轴压比μ；
37.s5，由于设计时会考虑充分利用材料强度，根据s4中所述轴压比μ，确定各竖向构件所受到的实际应力最大值(标准值)该值接近实际工程中底层竖向构件应力值，且误差在可接收的范围内；
38.s6，根据s5所述各底层竖向构件所受到的实际应力最大值σ
1，max
，考虑结构构件应力沿高度方向线性分布，且整体结构沿竖直方向刚度分布均匀。
39.s7，根据s3～s6所述假定，利用s3步骤所述的结构的弹性变形量δ1计算式进行结构竖向弹性变形量的计算：也即其中，σ
i
(x)＝
‑
0.018x σ
1，max
；
40.s8，超高层建筑结构施工结束阶段，考虑结构的总体竖向变形为结构竖向弹性变形与变形放大系数β1的乘积，以此来估算施工结束状态结构的总体竖向变形δ＝β1δ1。
41.s9，超高层建筑结构在长期荷载作用下徐变变形有所增长，考虑长期荷载作用下(2～3年后)总体竖向变形为结构竖向弹性变形与变形放大系数β2的乘积，以此来估算施工结束状态结构的总体竖向变形δ
′
＝β2δ1。
42.本发明提供了一种超高层结构的竖向变形预测方法，以竖向构件的设计轴压比作
为构件最大应力值的计算条件，以此计算结构的竖向弹性变形，并估计结构最终的总体竖向变形；本发明可以根据竖向构件材料特性、截面特性以及结构高度分布快速高效推算出结构构件的累计竖向弹性变形；本发明无需对结构的徐变变形和收缩变形进行精确计算，可以根据结构竖向构件累计竖向弹性变形推算结构整体的竖向位移，包括施工结束阶段结构的竖向变形以及长期荷载作用下(2～3年后)结构的总竖向变形；本发明相较于施工全过程模拟和结构的变形监测等结构变形分析方式，简便快捷，且易于手算，能够在前期策划阶段帮助工程师快速把握结构变形特征。
43.具体的，本技术一实施例公开一种超高层结构竖向变形预测方法，包括如下步骤。
44.s1，本实施例中将实际结构简化考虑为一种材料均匀的结构模型，结构总高度h＝600m。
45.s2，根据s1中所述模型确定竖向构件所使用的材料，按c60混凝土考虑，所使用材料的弹性模量e
i
(x)＝3.60
×
104mpa、材料抗压强度f
i
＝27.5mpa。
46.s3，根据先行国家规范确定该建筑结构竖向构件的轴压比μ＝0.55。
47.s4，根据s2、s3中所述材料抗压强度f
c
和轴压比μ，确定各底层竖向构件所受到的实际应力最大值(标准值)
48.s5，考虑结构构件应力沿高度方向线性分布，则结构竖向构件正应力沿高度方向的函数关系式σ
i
(x)＝
‑
0.018x 10.80(mpa)。
49.s6，不考虑施工过程中的施工找平和标高补偿，仅根据竖向构件应变沿高度方向的积分关系得到的弹性变形量
50.s7，根据工程实测值，在超高层建筑结构施工结束阶段，其竖向弹性形变在整体竖向位移中所占的比例约为60％～70％，考虑施工阶段结束时的竖向变形放大系数即结构总体竖向变形δ为结构竖向弹性变形δ1与变形放大系数β1的乘积：也即
51.s8，由工程实测值，超高层建筑结构在长期作用下徐变变形有较大增长，其竖向弹性形变在整体竖向位移中所占的比例变化为约为33％～50％，考虑长期荷载作用下(2～3年后)竖向变形放大系数即长期荷载作用下结构总体竖向变形δ
′
为结构竖向弹性变形δ1与变形放大系数β2的乘积：也即δ
′
＝2.381δ1＝2.381
×
90＝214.29mm。
52.s9，本实施例工程最终实测结构竖向变形量约为18mm，介于s7所述计算得到的短期竖向变形量和s8所述的长期竖向变形量之间，可以认为本发明所公布的一种超高层结构竖向变形预测方法误差在可接收的范围内，其预测结果准确性能满足工程上的实际需求。
53.根据本发明的另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其中，该计算机可执行指令被处理器执行时使得该处理器：
54.根据图纸确定超高层结构的模型；
55.根据所述模型确定超高层结构的各竖向构件所使用的材料以及材料的弹性模量
e
i
、材料强度f
i
，各层层高h
i
，其中，i表示层数，e
i
表示第i层弹性模量均值，f
i
表示第i层竖向构件抗压强度设计值均值；
56.记所述超高层结构的第i层的竖向构件所在高度x位置处所受到的平均正应力大小为σ
i
(x)，所述超高层结构的总高度为h，根据竖向构件应变沿总高度h方向的积分关系得到的弹性变形量δ1；
57.超高层结构施工结束阶段，考虑超高层结构的总体竖向变形为竖向构件的竖向弹性变形与变形放大系数β1的乘积，以此来估算施工结束状态下竖向构件的总体竖向变形δ＝β1δ1；
58.考虑长期荷载作用下，总体竖向变形为结构竖向弹性变形与变形放大系数β2的乘积，以此来估算施工结束状态下竖向构件的总体竖向变形δ
′
＝β2δ1。
59.综上所述，为了解决超高层竖向变形预测分析不方便的问题，本发明提供一种超高层结构短期及长期作用下的竖向变形预测方法。本发明的超高层结构短期及长期作用下的竖向变形预测方法，通过估计构件的应力水平快速估算结构整体的竖向弹性形变，进一步估算结构最终的竖向总变形，因此，可以在不精确计算徐变变形和收缩变形的情况下，达到估算施工结束时以及长期使用状态下结构的竖向总变形的目的，从而解决快速分析预测超高层竖向变形的问题。
60.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
61.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
62.显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。