竖向变形差引起的高层建筑结构构件附加内力优化方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，特别是涉及一种竖向变形差引起的高层建筑结构构件附加内力优化方法。

背景技术

当前，在重力等荷载的作用下，高层或者超高层建筑结构中的剪力墙、柱等竖向构件承受的压应力水平会有所不同，竖向压缩变形差异会引发重力荷载向下传递过程中的转移，并使结构构件产生较大的附加内力，不利于建筑物结构抗震和抗风。

现有的解决此问题的方法主要有如下两种：一种是传统设计法，即通过加大受影响的竖向构件的截面尺寸及配筋数量使之满足设计计算要求。传统设计法是目前普遍使用的方法，虽然设计工作简单，但存在浪费材料，结构构件利用效率低的问题。另一种是调平设计法，即通过调整竖向构件的截面尺寸及结构布置方式，使各竖向构件在重力荷载作用下的压应力水平趋于一致，以减小竖向构件的附加内力。调平设计法较之传统设计法一定程度上有所改进，但程序繁琐，需要对整体结构的竖向刚度和抗侧刚度联动考虑，对设计要求高。

发明内容

基于此，有必要提供一种竖向变形差引起的高层建筑结构构件附加内力优化方法，旨在解决现有技术构件附加内力大，浪费材料，施工繁琐影响施工效率的问题。

一种竖向变形差引起的高层建筑结构构件附加内力优化方法，其包括如下步骤：

采用常规方法对建筑结构进行建模计算；

根据计算结果得到受竖向变形差影响大的框架梁；

对受竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁进行分步施工。

采用上述方案的高层建筑结构构件附加内力优化方法，先采用常规方法对建筑结构进行建模计算；而后根据计算结果得到由于竖向变形差影响大的框架梁；最后对竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁进行分步施工。按照此方法设计的高层建筑结构水平构件内力可以得到极大优化，基本消除识别出采用分步施工法实施的框架梁由于自重差异变形引起的附加内力，相邻区域框架梁内力也得到极大改善。采用分步施工法实施过程中由柔性楼板联系竖向构件，竖向构件变形差异对柔性楼板产生的附加内力有限，分步施工完成后刚性的框架梁再参与结构整体受力，柔性楼板和刚性框架梁先后参与工作，一柔一刚、刚柔并济。该方法优化过程简单，操作方便，通用性好，能够极大改善高层建筑结构水平构件内力分布，节省材料，提高结构效率，符合“少费多用”的绿色设计理念。

在其中一个实施例中，在所述采用常规方法对建筑结构进行建模计算的步骤中，具体是先安装竖向构件、再安装水平构件的从低往高顺序搭建建筑结构整体，而后采用力学仿真软件对各竖向构件和各水平构件的受力进行仿真模拟。

在其中一个实施例中，在所述根据计算结果得到受竖向变形差影响大的框架梁的步骤中，具体是计算各构件在多种载荷工况下的内力数值，所述内力数值包括弯矩。

在其中一个实施例中，在所述对竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁进行分步施工的步骤中，若所述框架梁为混凝土梁，则在施工时先预留钢筋，待建筑结构的主体结构封顶之后再对所述框架梁进行混凝土浇筑作业。

在其中一个实施例中，在所述对竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁进行分步施工的步骤中，若所述框架梁为钢梁，则先不装钢梁，待建筑结构的主体结构封顶之后再安装所述钢梁。

在其中一个实施例中，在所述对受竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁进行分步施工的步骤中，若所述框架梁为钢梁，则先按铰接安装所述钢梁，待建筑结构的主体结构封顶之后再将所述钢梁固接。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所述的竖向变形差引起的高层建筑结构构件附加内力优化方法的步骤流程图；

图2为本发明中框架梁为混凝土梁的结构示意图；

图3为采用传统设计法计算得到的建筑结构10层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图4为采用本发明方法计算得到的建筑结构10层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图5为采用传统设计法计算得到的建筑结构20层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图6为采用本发明方法计算得到的建筑结构20层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图7为采用传统设计法计算得到的建筑结构25层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图8为采用本发明方法计算得到的建筑结构25层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图9为本发明中框架梁为钢梁的结构示意图；

图10为采用传统设计法计算得到的建筑结构10层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图11为采用本发明方法计算得到的建筑结构10层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图12为采用传统设计法计算得到的建筑结构15层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图13为采用本发明方法计算得到的建筑结构15层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图14为采用传统设计法计算得到的建筑结构20层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图；

图15为采用本发明方法计算得到的建筑结构20层局部区域恒载作用下框架梁弯矩图。

附图标记说明：

10、框架柱；20、框架梁；30、核心筒。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，为本申请实施例所述的一种竖向变形差引起的高层建筑结构构件附加内力优化方法，其包括如下步骤：

S100：采用常规方法对建筑结构进行建模计算。

S200：根据计算结果得到受竖向变形差影响大的框架梁20。

S300：对受竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁20进行分步施工。

采用上述方案的高层建筑结构构件附加内力优化方法，先采用常规方法对建筑结构进行建模计算；而后根据计算结果得到受竖向变形差影响大的框架梁20；最后对部分或者全部框架梁20进行分步施工。按照此方法设计的高层建筑结构水平构件附加内力可以得到极大优化，基本消除识别出采用分步施工法实施的部分框架梁20由于自重作用下差异变形引起的附加内力，相邻区域框架梁20内力也得到极大改善。采用分步施工法实施过程中由柔性楼板联系竖向构件，竖向构件变形差异对柔性楼板产生的附加内力有限，分步施工完成后刚性的框架梁20再参与结构整体受力，柔性楼板和刚性的框架梁20先后参与工作，一柔一刚、刚柔并济。该方法优化过程简单，操作方便，通用性好，能够极大改善高层建筑结构水平构件内力分布，节省材料，提高结构效率，符合“少费多用”的绿色设计理念。

在一些实施例中，在所述采用常规方法对建筑结构进行建模计算的步骤中，具体是先安装竖向构件、再安装水平构件的从低往高顺序搭建建筑结构整体，而后采用力学仿真软件对各竖向构件和各水平构件的受力进行仿真模拟。

采用从低至高依次搭建各楼层内的竖向构件和水平构件，施工工序简单，建筑结构整体搭建速度快、效率高，可减少后续仿真计算量，提高仿真模拟计算结果精度。

在一些实施例中，在所述根据计算结果得到竖向变形差影响大的框架梁20的步骤中，具体是计算各构件在多种载荷工况下的内力数值，所述内力数值包括弯矩。

通过对内力数值计算，可直接得出各构件在各种载荷工况下的弯矩数值，体现在仿真模拟软件中以不同颜色显示，方便工作人员快速准确且直观的获知哪些构件内力存在受竖向差异变形影响大的问题，从而能够在后续实际施工时对其进行分步施工作业。

此外，在又一些实施例中，在所述对受竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁20进行分步施工的步骤中，若所述框架梁20为混凝土梁，则在施工时先预留钢筋，待建筑结构的主体结构封顶之后再对所述框架梁20进行混凝土浇筑作业。

如图2至图8所示，为本发明实施例展示的一种常规结构的框架-核心筒30结构，框架梁20为混凝土梁，建筑结构一共高27层，各层高为4.5米，建筑总高度为121.5米。经过建模计算，识别出图中阴影所示六根框架梁受框架柱10与核心筒30差异变形影响较大。

在计算模型中通过模拟施工改变此六根框架梁20参与受力工作的时间，即改为屋顶层施工完成后(也即封顶后)再施工此六根框架梁20，此过程中通过柔性楼板连接内筒和外框，整体结构安全性仍能满足要求。采用本发明的优化方法后，被识别出的影响较大的框架梁20在恒载作用下的弯矩较传统设计法减小了55.61％-92.81％，与受竖向变形差影响较大的框架梁20的端柱相接的相邻框架梁20在恒载作用下弯矩较传统设计法也有不同程度减小，而且框架梁20的两端弯矩由传统设计法的由一端突出变为部分向另一端转移，分布更合理。

在另一些实施例中，在所述对受竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁20进行分步施工的步骤中，若所述框架梁20为钢梁，则先不装钢梁，待建筑结构的主体结构封顶之后再安装所述钢梁。

或者作为上述实施例的可替代方案，在所述对竖向变形差影响大的部分或者全部框架梁20进行分步施工的步骤中，若所述框架梁20为钢梁，则先按铰接安装所述钢梁，待建筑结构的主体结构封顶之后再将所述钢梁固接。

如图9至图15所示，本发明另一实施例展示的常规结构的框架-剪力墙结构，框架梁为混凝土梁，建筑结构一共高22层，各层高3.6米，建筑总高度为79.2米。经过建模计算，识别出图中阴影所示四根框架梁20受框架柱10与剪力墙差异变形影响较大。采用本发明的优化方法后，被识别出的影响较大的框架梁20在恒载作用下弯矩较传统设计法减小了12.00％-96.03％，与受竖向变形差影响较大的框架梁20的端柱相接的相邻框架梁20在恒载作用下弯矩较传统设计法也有不同程度减小，而且框架梁20的两端弯矩由传统设计法的由一端突出变为部分向另一端转移，分布更合理。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。