广州大学建筑设计研究院东莞分院广东东莞523000
摘要：对于超高层建筑，施工顺序会对结构内力产生直接影响，所以，应尽量针对结构，采用分区或逐层的激活方法对实际施工过程进行模拟。针对较特殊的结构形式，应选择各阶段合理的激活范围。通过调整施工顺序使受力形态更加合理，并控制好结构用钢量。基于此，本文围绕超高层建筑，从结构施工模拟技术出发，探究了其最新进展与实践。
关键词：结构施工；超高层建筑；模拟技术
随着先进信息技术的不断发展，新工艺和新技术也在逐渐增多，从而推动了中国建筑业的快速发展。目前，我国超高层建筑正在快速发展与应用，而其结构施工质量直接影响着公众利益及公共安全，所以，要求其结构必须具有高质量标准。模拟技术是新型施工技术之一，将其应用在高层建筑施工中，可以有效确保结构的可靠性和稳定性，提高施工的质量与进度，使高层建筑工程可以顺利展开。
1施工模拟计算的价值
对于超高层建筑，构建内力和重力荷载很关键，它们密切联系着实际施工过程，所以，应借助模拟计算来掌握结构施工情况，以便进一步提高中国超高层建筑质量。超高层建筑的结构主体施工一般是以一定的方式逐层实施的，因而建筑结构的荷载也是渐渐增加的。当建成一层结构后，则该层的恒荷载也同步完成。然而，从整个超高层建筑结构出发，这种一次性施工产生的刚度严重影响建筑结构荷载，若未分析逐层施工情况，这时只能一次性计算完成建筑的各层荷载增加，所以，在顶层中，会出现许多竖向变形值，它们和实际变形值的差异较大。在建设超高层建筑时，必须实施模拟计算，在具体计算中，还应根据楼层增加情况，设计一些框架梁，从而分散建筑压力，再结合先进的施工方法，以确保超高层建筑的高质量。
2在超高层建筑结构中施工模拟技术的应用
2.1逐层激活法
为了防止一次加载或施工模拟简化方法产生误差，在设计高层建筑结构时，应优先考虑逐层激活法。借助有限元软件，通过“生死单元”技术，首先杀死所有结构单元，这时其荷载及自重等均为零，再按施工顺序，逐层激活结构单元，使其荷载及自重等恢复为其初始值，直至最终形成整个结构。上述技术，通过未建结构单元的杀死，将其刚度和荷载对整体刚度与计算结果产生的影响消除，从而能准确模拟刚度形成和荷载施加的整个过程。逐层激活法普遍适用于超高层建筑的竖向变形和内力计算。这种方法真实地反映出实际的逐层施工过程，然而计算量却较大。此外，在高层建筑的实际施工中，不会在混凝土具有28d强度后，才修建上部楼层，所以，施工模拟分析无法考虑到构件弹性模量随龄期而产生的变化。
2.2分区激活法
基于逐层激活法，形成了这种新的模拟分区激活法。由于超高层建筑高度会高于普通建筑，自然楼层也很多，通常400米高的建筑就可以达到100层，针对这种建筑，采用逐层激活施工模拟需要大量的计算。为了将计算量减少，可基于逐层激活法，再利用分区激活法。该方法为沿高度将超高层建筑划分为区段，各个区段所包含的楼层数量不同。在模拟施工过程时，从上至下分区段进行激活，从而大幅减小计算量，同时还可以避免出现计算误差。此外，针对超高层建筑，除了自重外，建筑中的地面铺设、隔墙和设备等恒荷载所占比重也较大，以致较难装修室内外，而在施工模拟中，能反映出室内外装修和主体结构的具体施工。现代超高层建筑通常采用结合钢结构与混凝土施工的综合施工方法，可结合相关施工，调整钢结构构件的加工长度，并通过焊缝来微调构建，从而保证施工中钢结构的整体稳定性。
3分析混凝土收缩徐变
混凝土在凝固及受载荷中，会产生收缩和徐变。徐变一般和压力成比例，特别是轴压比会对竖向结构变形产生影响。随着楼层的逐渐增加，收缩徐变也会逐渐显著，在梁等构件中形成较大的附加内力，进而降低结构安全性。
在设计超高层建筑时，通过模拟混凝土的收缩徐变，可明确构件随时间形成的变化规律，也可减小实际施工中的收缩徐变影响。同时还可通过预期分析，适当调整楼层高度，并考虑构件的竖向变形，使其满足施工的实际要求。
4在超高层建筑结构中施工模拟技术的应用实践
4.1不对称双塔
天津市的奈伦国贸在其滨海新区的某一响螺湾商务区，建筑总面积为15万平米左右，主要经营商务办公、酒店和商业等。地下一共四层，地面上建筑由2栋塔楼组成，A座一共22层，主体高93.900米；B座一共39层，主体高158.600米。借助4～9层的钢骨混凝土楼盖大跨度结构将A座与B座连接在一起，以带滑动支座的钢桥连接地上10～15层。这一不对称双塔结构见图1。
奈伦国贸主体结构中的高、低塔及裙房高度差很显著，所以，基础标高荷载存在巨大的差异。以“桩-筏”形式构成结构基础，在调平变刚度的设计理念下，通过对桩数、间距、桩长、承台厚的调整以及后浇带的设置等，降低沉降差异对结构造成的影响，将结构底板内力减小。地勘报告显示，基于场地中土层的具体岩土特性，在两座塔楼结构下，采用后注浆钻孔来对桩基础进行灌注，且桩径为1000毫米，长为51米左右。对于纯地下室结构，应考虑基础抗浮问题，宜用后注浆钻孔对桩基础进行灌注，并对抗压和抗拔强度分别考虑，且桩径为800毫米，长为27米左右。
分两阶段来模拟计算基础沉降：第一阶段为沉降以后封闭浇带前，A、B座结构和底板脱离，算出位于70%总荷载下的总基础沉降量。第二阶段为沉降后模拟浇带浇筑，A、B座下部后浇带两侧的结构和底板已连接，算出位于30%总荷载下总基础沉降量。最后算出这两个阶段的结果之和，即为最终沉降量。
4.2缭望塔
某缭望塔建筑紧邻景观大道（见图2），由5个不一样的直径以及有一定高低差异的单塔而形成，其中高度的最大值为244.5米。对于每一个单塔，是通过一个圆柱形塔身与树冠状的顶部有机结合在一起而形成的，进而构成了整个景观结构的平台。大厅的入口位置的高度最高18米，而四周上部具有厚度约为0.6米的夹层。由于采用混凝土的结构作为大厅结构，而且通过注浆钻孔的方法来开展施工，所以，为了可以进一步提高建筑的刚度，则应采用组合塔式的结构，以提高建筑结构的整体抗压能力，与此同时，也可以使超高层建筑所能承受的风力和抗地震的能力得到更好地满足。然而，由于框架结构必须具备较好的连接性，所以，需要将建筑结构的刚度进一步提高。实施模拟计算后，发现需要针对基础沉降和竖向变形等，设计出较好的连接方法，最终可以充分确保建筑结构的整体稳定性，与此同时，在很大程度上，在建筑结构的施工也保证了建筑的实际质量。
图1奈伦国贸不对称双塔图2缭望塔
5结语
综上所述，在设计超高层建筑体时，需要精确的结构施工模拟计算，而且激活顺序也必须合理。结合结构单元的具体形式和特点，合理确定安装与施工顺序，进而使建筑体的整体受力和性能均较好。很多因素都会影响混凝土结构，但温度的作用很明显，必须准确把握。与此同时，超高建筑体还必须控制好差异沉降，以避免影响总沉降量及后期安装。
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