以丽泽SOHO为工程背景，对结构施工过程进行模拟，同时考虑施工过程中结构与材料时变特性。对丽泽SOHO施工过程中的结构变形状况进行综合分析，重点研究了内筒外框的竖向变形、竖向变形差、扭转变形、结构整体变形及结构变形对关键构件内力的影响，并将结构变形分析结果与实际监测结果进行对比。最后，分析总结了复杂超高层施工阶段结构的变形规律，可为施工过程中结构变形控制提供依据。

近年来，超高层建筑不断涌现，并且随着超高层设计施工技术的不断发展，超高层建筑趋向于形态新异化、体系复杂化发展。超高层建筑施工周期较长，施工过程中结构体系不完整，荷载、边界条件及材料等呈现出时变特性导致施工过程中结构变形问题越来越突出。目前，业界对此问题非常关注，许多学者对超高层建筑施工过程结构竖向变形问题从理论和工程实际两个方面进行了研究。已有研究发现，几乎所有对于超高层结构施工过程变形的研究都仅限于结构的竖向变形，对结构的水平及扭转变形的研究尚未见报道。这是由于超高层建筑体型上多为锥形，立面比较规则，结构平面几乎不变。而且超高层结构多为核心筒+外框架+腰桁架体系，抗侧刚度较大，水平方向的变形影响很小。但随着设计施工技术不断提高，复杂造型的超高层建筑将会不断出现，由于结构造型以及其他各种因素的影响，结构施工过程的水平及扭转变形将不可忽略。

本文以丽泽SOHO为背景，综合考虑施工过程中结构的时变特性及材料的收缩徐变的影响，采用有限元软件对结构施工过程进行模拟，主要研究施工过程中的结构变形，总结其变化规律。将结构变形有限元分析结果与监测结果进行对比，并分析结构变形对关键构件内力的影响。

丽泽SOHO位于北京市丰台区，建筑高度为199. 99 m，建筑造型复杂，如图1所示。其结构分成2个单塔，两单塔由4道椭圆形腰桁架及连桥连接组成整体，形成主结构高度为191. 5 m的反对称复杂双塔结构体系，如图2所示。外框钢结构由于扭转造型的特点，加上施工过程中结构体系不完整，结构的抗扭刚度较弱，施工过程中将会产生扭转变形。结构施工过程中的扭转变形使得连接双塔的4道钢连桥安装困难，并且对其构件的受力产生不利影响。

图1 建筑效果

图2 结构体系构成

丽泽核心筒为钢骨混凝土结构，在施工过程中不仅考虑荷载作用下结构产生的弹性变形，还应考虑混凝土的收缩徐变所导致的变形。外框柱为钢管混凝土柱，施工过程中以弹性变形为主，同时考虑柱内混凝土的顶升滞后及收缩徐变。

1.1结构模型

采用结构有限元分析软件MIDAS/Gen建立丽泽SOHO结构有限元分析模型，考虑混凝土收缩徐变及结构时变特性进行施工过程模拟。核心筒和楼板采用Plate单元模拟，核心筒钢骨柱采用Beam单元模拟，钢管混凝土柱采用软件中施工联合截面来模拟施工过程中钢管和混凝土的先后施工顺序及其协同工作。

1.2混凝土的收缩徐变

在有限元分析软件MIDAS/Gen中，可以选择不同的规范，直接在材料特性中考虑混凝土的时变特性，包括收缩徐变及强度的硬化效应等。对于混凝土收缩徐变，许多学者都提出了模拟混凝土材料的时变特性的理论模型。其中比较知名的如CEB-FIP，ACI 209，BP，BP-KX 和B3 模型等。CEB-FIP(1990) 较常用，本文采用欧洲混凝土规范CEB-FIP(1990)给出的公式计算收缩徐变，计算方法如式(1) 所示：

φ(t,τ)=φ0βc(t,τ)=φRHBfcmβ(τ)βc(t,τ) (1)

式中：φ0为名义徐变系数；φRH为环境相对湿度修正系数；Bfcm为混凝土强度修正系数；β(τ)为加载龄期修正系数；βc(t,τ)为徐变进程时间系数。相关系数根据工程实际合理取值。

1.3施工方案

结构施工过程中，混凝土结构先于外框钢结构施工。外框柱采用逐节吊装、单塔校正的施工方案；钢连桥采用高空散拼的安装方案；核心筒采用液压爬模施工工艺；采用2台ZSL630内爬塔吊，1台ZSL380外挂塔吊，每台塔吊负责各自所属区域的构件吊装。塔楼施工时核心筒领先外框5～10层，楼板滞后于外框2～6层。

依据施工方案及实际施工进度计划将整个施工过程划分为57个施工步，典型施工步如表1所示。计算中考虑结构自重、施工活荷载、塔吊荷载、爬模荷载以及核心筒混凝土的收缩徐变作用。

表1 主要施工阶段划分

对于结构复杂的超高层结构，其施工前应进行整体施工过程变形分析，从而掌握施工过程中结构的变形规律以便于对施工过程更好地控制。在此基础上进行施工方案与施工工序调整和优化，在必要时对结构施工变形进行一定的预调，从而确保结构施工过程不会因为变形过大导致结构形态与结构设计出现明显差异，或由于变形导致结构产生较大的内力。

3.1结构扭转变形

对于整体结构，当结构受到扭转作用时，距离结构刚心越远的竖向构件将承受越大的剪力，其剪切变形也越大，结构的扭转效应越明显。丽泽SOHO在施工过程中，双塔单独施工，提取施工模拟分析过程中钢连桥连接A、B塔位置安装前及结构封顶时结构对应位置的扭转变形，如表2所示。

表2 钢连桥安装前后结构扭转角变化

由结构扭转变形分析结果可知，结构在安装第3道钢连桥前结构的扭转变形最大，同时由于结构在此位置附近外框结构悬挑达到最大，距离结构刚心最远。悬挑位置的柱为斜柱，在结构扭转作用下斜柱受剪力及轴力作用，因此结构悬挑位置的竖向变形较大，这也印证了结构竖向变形结果。钢连桥连接A、B塔位置处结构扭转变形不一致会导致钢连桥的安装误差，如果强行安装会使构件产生较大初始内力。因此，施工过程中要控制结构的扭转变形，可以在结构周边加设临时支撑梁，将A、B塔 连接以增大施工过程中结构抗扭刚度。

3.2结构整体变形模拟值与实测值比较

封顶后16～45层结构变形实测值与模拟结果对比见图8。由图可知，模拟结果与实测值吻合较好，变形随楼层的变化趋势一致，最大变形都发生在结构的中上部，为98.9 mm。因此，上部结构安装时应合理优化施工方案及选择合理的变形补偿措施防止变形积累，造成后续结构安装误差过大。由结果可以发现，实测结果的波动较大，模拟结果比较连续、均匀。由于实际施工时现场条件复杂、施工精度控制及测量误差等均会造成实测的波动较大，而数值模拟计算不能完全反映工程实际中这些复杂的变化。

a—A-W1测点；b—B-E1测点。

图8 结构整体变形实测与模拟结果比较

3.3结构变形对钢连桥施工的影响

钢连桥对结构起着至关重要的作用。由于塔楼钢连桥构件的施工顺序、上部结构不规则变化及结构整体变形，从而引起构件内力不断变化。为保证钢连桥结构在施工过程中的安全性，选取典型构件进行内力分析，杆件选取如图9所示。主要研究了钢连桥构件内力在安装完成和结构封顶两个阶段的变化，计算结果如表3所示。

图9 钢连桥查看内力构件

表3 钢连桥XG1内力变化

可以看出：4道钢连桥XG1内力随施工的推进不断增大，第3道钢连桥的内力增大幅度明显大于其他3道，原因在于第3道钢连桥所在位置处于结构悬挑变化最大位置，其上部结构呈螺旋上升，悬挑跨度不断增大，加上结构施工状态扭转变形更为明显。因此，其所承受的荷载不断增加，累积效应更明显，内力增长幅度越大。由于结构扭转变形及钢连桥施工阶段安排造成第1、2两道钢连桥安装的初始内力较大，但其内力增长缓慢，这是由于钢连桥通过斜腹杆将部分荷载传递至与之相连的钢管柱上，其内力变化受钢管柱竖向变形的影响较小；顶部钢连桥的内力变化完全是由结构变形引起的。

综上，结构钢连桥杆件内力的变化与其承受的直接荷载相关，除此之外，还与其施工阶段、安装顺序以及结构变形密切相关。因此，在结构施工前了解结构安装方案实施过程中结构变形及重要构件内力对于施工管理的控制及方案的修改、优化具有重要意义。

1)混凝土的收缩徐变可以产生较大的变形，分析时应该考虑其对结构变形的影响；外框柱与核心筒的竖向变形呈现出中间大、两端小的鱼腹式变化；外框柱的竖向变形大于核心筒的竖向变形。

2)外框在结构大悬挑位置竖向弹性变形差较大，在悬挑位置上部大于总的变形差。

3)结构整体变形实测结果与模拟结果吻合较好，进一步说明考虑材料收缩徐变的精确模拟方法是可靠的。

4)钢连桥安装的初始内力是由于结构的竖向及水平扭转变形引起的，其中外框的扭转变形对钢连桥安装影响较大，施工时需要采取合理的技术措施减小施工过程中扭转变形对钢连桥的影响。

来源：林冰，康强，张旭乔. 丽泽SOHO双塔复杂连体超高层施工过程中结构变形研究[J]. 钢结构, 2019, 34(5): 93-97.

DOI: 10.13206/j.gjg201905017