處于施工期間的混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)是一個邊界條件、結(jié)構(gòu)剛度、幾何形狀、材料性能等不斷變化的時變結(jié)構(gòu)體系，而且結(jié)構(gòu)豎向受力構(gòu)件(柱和剪力墻)的變形包括混凝土的彈性變形、收縮和徐變?？紤]上述條件和有限元軟件的實現(xiàn)程度，采用SAP2000建立計算施工期結(jié)構(gòu)豎向變形的有限元模型進(jìn)行分析。
　　1　工程概況
　　中山國際金融中心工程由中國建筑第五工程局有限公司承建。地下室二層為人防、局部功能房以及停車場，一至六層為商用、高級影院，休閑娛樂場所，宴會廳及酒店會所等，七層為避難層，七層以上兩棟塔樓分別為高級辦公樓及五星級酒店。總用地面積28973m²，總建筑面積307／m²，其中地下面積為42038.1m²，總建筑高度為209m。建筑的設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，其中框架和剪力墻抗震等級為一級。結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)，塔樓外圍柱為勁性H型鋼鋼筋混凝土柱，基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁。
　　
　　2　高層混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)施工過程的模擬計算
　　目前高層結(jié)構(gòu)考慮施工過程的模擬計算方法主要由兩種：荷載分層疊加法和施工階段疊加法。荷載分層疊加法的原理是一次形成整體結(jié)構(gòu)，然后分層施加荷載，將各層施加荷載對結(jié)構(gòu)的變形(節(jié)點(diǎn)位移)進(jìn)行線性疊加，最后得到整體結(jié)構(gòu)的變形(整體結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移)。但該方法一次形成整體剛度矩陣，這與實際施工過程不相符。本文采用施工階段疊加法進(jìn)行分析。施工階段疊加法以每一層為一個施工段，反映了建筑的整個施工過程，并且考慮了每層施工完畢后的施工找平因素的影響，與建筑實際形成過程比較相符。
　　采用施工階段疊加法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)變形示意見圖1。
　　
　　3　模擬分析模型
　　3.1材料定義
　　根據(jù)工程實際，采用SAP2000中的concrete材料定義4個強(qiáng)度等級的混凝土：C60、C50、C40、C300利用SAP2000中concrete材料基于時間屬性的定義模塊，采用CEB-FIP90模式定義混凝土材料抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量、收縮和徐變的依時變化模型。
　　采用SAP2000中的Rebar材料模塊定義鋼筋材料。
　　采用SAP2000中的stee1材料模塊定義Q345型鋼材料。
　　3.2單元選擇
　　梁和柱采用框架單元。SAP2000中框架單元使用一般的三維梁一柱公式，包括雙軸彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向變形、雙軸剪切變形效應(yīng)，可以滿足計算要求。核心筒剪力墻和樓板采用殼單元，可以同時考慮平面內(nèi)和平面外的剛度。
　　3.3模型簡化
　　為了準(zhǔn)確的分析計算施工過程中結(jié)構(gòu)的豎向變形，建立了平面結(jié)構(gòu)與實際工程一致的高42層的空間模型。對模型進(jìn)行合理的簡化，以節(jié)省資源，簡化數(shù)值分析的過程。
　　3.3.1施工荷載的簡化
　　施工過程中施工活荷載對結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件變形產(chǎn)生的影響很小，因此在進(jìn)行模擬分析時，不考慮施工活荷載的作用，只考慮結(jié)構(gòu)自重作用。
　　3.3.2模板支撐的簡化
　　在建模分析時，通過賦予新澆筑混凝土5天的初始齡期來替代臨時模板支撐體系的作用，簡化建模過程和計算過程。
　　3.3.3樓板的簡化
　　進(jìn)行有限元模型分析的目的是得出混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)在施工過程中豎向受力構(gòu)件的變形發(fā)展規(guī)律，因此適當(dāng)簡化樓板混凝土的基于時間屬性定義，即不考慮樓板混凝土材料的時變特性。
　　3.3.4其他簡化
　　工程施工過程中，結(jié)構(gòu)的變形受到環(huán)境因素的影響，如濕度、溫度、日照等。為簡化模型，建模時未考慮環(huán)境因素的影響。
　　3.4分析工況定義
　　SAP2000中的非線性階段施工分析采用施工階段疊加法原理進(jìn)行模擬施工過程中結(jié)構(gòu)的受力變形分析。將模型按照一個結(jié)構(gòu)層作為一個施工階段進(jìn)行分組，共42組。根據(jù)實際的施工周期，第1～7階段施工持續(xù)時間設(shè)為15天，第8～42階段施工持續(xù)時間設(shè)為5天，并賦予新澆筑混凝土5天的初始齡期。
　　4　模型計算結(jié)果分析
　　
　　結(jié)構(gòu)主體部分的梁板結(jié)構(gòu)保持不變，型鋼混凝土桂的橫截面從底層到42層保持不變，為1200×2400mm，混凝土剪力墻厚度的變化見表1，同一層樓的柱與剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級相同。當(dāng)施工周期保持不變時。可以認(rèn)為施工過程是一個均勻加載的過程。
　　根據(jù)SAP2000的模擬分析結(jié)果，取43層梁板結(jié)構(gòu)施工完成時的數(shù)據(jù)，將第N層梁板結(jié)構(gòu)處柱與剪力墻節(jié)點(diǎn)豎向位移差作為第N-1層豎向變形差繪制圖2。
　　從圖2可以看出，柱一剪力墻豎向變形差最大的樓層是21層和22層。隨著混凝土剪力墻厚度的減小，柱與剪力墻的軸壓比之差變小，造成第9～23層豎向變形差的增長速率小于第1～8層的增長速率；第24～37層豎向變形差的減小速率大干第9～23層的增加速率；第38～42層豎向變形的減小速率大于第24～37層的減小速率，因此混凝土柱一剪力墻豎向變形差曲線出現(xiàn)了三次轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
　　為考慮施工周期對結(jié)構(gòu)豎向變形差的影響，設(shè)定以下工況進(jìn)行分析：工況1與工程實際施工周期相同；工況2施工周期為5天；工況3施工周期為10天；工況4在與工況3總施工期相同的情況下，1～10層施工周期為5天，11～31層施工周期為15天，32～42層施工周期為5天；工況5在工況4的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，1～21層施工周期為15天，22～42層施工周期為5d。分析結(jié)果如圖3所示。
　　從圖3可以看出，工況2和工況3的豎向變形差曲線重疊，說明單純的放大施工周期對施工期間的豎向變形差影響很小，可以忽略；工況3、工況4和工況5施工期相同，但是工況4和工況5的豎向變形差的小于工況3，說明合理的安排施工周期，可以減小施工期內(nèi)結(jié)構(gòu)的豎向變形差。
　　5　結(jié)語
　　本文利用有限元程序SAP2000對混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)施工期間的豎向變形狀態(tài)進(jìn)行了模擬分析。通過對模擬結(jié)果分析可以得出：
　　最大豎向變形差發(fā)生在21層和22層，即結(jié)構(gòu)的中部位置?；炷良袅穸鹊臏p小，造成柱與剪力墻軸壓比之差減小，豎向變形差隨之減小。分析了減小剪力墻厚度和施工周期對結(jié)構(gòu)豎向變形差的影響，指出：減小剪力墻厚度提高了剪力墻的軸壓比，增大剪力墻的豎向變形，可以大幅度的減小豎向變形差。合理的安排施工周期，可以減小施工期間結(jié)構(gòu)的豎向變形