超高層建筑結(jié)構(gòu)的施工控制.doc

超高層建筑結(jié)構(gòu)施工控制施工控制的重要意義 與其它工程一樣，超高層建筑設(shè)計(jì)藍(lán)圖要變成工程現(xiàn)實(shí)都有一個(gè)必經(jīng)環(huán)節(jié) - - - 施工。因此，嚴(yán)格地說(shuō)，超高層建筑工程的最終狀態(tài)不但受設(shè)計(jì)控制，還受施工影響，施工過(guò)程在超高層建筑工程的最終狀態(tài)中留下一定痕跡。施工過(guò)程因工程而異，復(fù)雜程度繁簡(jiǎn)各異，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短不一，施工對(duì)超高層建筑工程的最終狀態(tài)的影響也就程度不同。工程越復(fù)雜，施工環(huán)節(jié)越多，施工對(duì)超高層建筑工程的最終狀態(tài)的影響越強(qiáng)烈。如果對(duì)施工過(guò)程不嚴(yán)加控制，施工對(duì)超高層建筑工程產(chǎn)生的不利影響，輕則導(dǎo)致建筑功能不能正常發(fā)揮，重則給超高層建筑工程帶來(lái)?yè)p傷，留下安全隱患，甚至引發(fā)重大災(zāi)害事故。 但是長(zhǎng)期以來(lái)超高層建筑工程規(guī)模相對(duì)比較小，或者盡管規(guī)模巨大，但形態(tài)比較規(guī)則，因而施工過(guò)程比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)狀態(tài)易于控制。所以，超高層建筑工程建設(shè)對(duì)施工控制技術(shù)的需求不甚迫切，相關(guān)研究非常薄弱，系統(tǒng)性的研究成果比較少，只有個(gè)別工程技術(shù)人員或企業(yè)結(jié)合工程建設(shè)的需要開(kāi)展施工控制技術(shù)研究。1990 年日本竹中工務(wù)店在大阪第一生命大樓工程建設(shè)中開(kāi)發(fā)了預(yù)應(yīng)力法施工控制技術(shù)1，解決了大跨度結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中撓度控制的難題，確保施工過(guò)程中相關(guān)樓層的平整度始終符合規(guī)范要求，為樓層混凝土澆搗創(chuàng)造了良好條件。美國(guó)羅伯遜（LeslieE.Robertson）設(shè)計(jì)事務(wù)所在西班牙馬德里的歐洲之門(mén)施工過(guò)程中，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力法施工控制技術(shù)成功解決了雙斜塔的垂直度控制難題。范慶國(guó)等人在建設(shè)上海金茂大廈的過(guò)程中，采用了標(biāo)高預(yù)補(bǔ)償、兩階段安裝等多種方法解決了結(jié)構(gòu)標(biāo)高控制、核心筒與外框架變形協(xié)調(diào)和外伸桁架內(nèi)力控制等施工控制問(wèn)題。 近年來(lái)，人的活動(dòng)空間不斷擴(kuò)大與土地等不可再生資源的矛盾日益突出，發(fā)展超高層建筑對(duì)緩解這一矛盾具有積極意義，因此超高層建筑已經(jīng)進(jìn)入新一輪發(fā)展高潮，廣州新電視塔等一大批超高層建筑正在或即將興建。超高層建筑發(fā)展呈現(xiàn)以下顯著特點(diǎn)：一是高度不斷增加，2003 年落成的中國(guó)臺(tái)北 101 大廈高度突破 500m，達(dá) 508 m，2010 年竣工的阿聯(lián)酋的哈利法塔大廈高 度突破 800m，達(dá)到 828 m，規(guī)劃的建筑高度已經(jīng)突破千米大關(guān)；二是體型奇特，為了追求強(qiáng)烈的建筑效果，造型更加新穎奇特，如西班牙馬德里的歐洲之門(mén)地上 25 層，高 95 m ，相向傾斜 15，中國(guó)蘇州東方之門(mén)地上 77（71）層，高 278 m ，頂部 9 層相連形成拱門(mén)，中國(guó)北京中央電視臺(tái)新臺(tái)址大廈更是將這一理念推向極至，地上 52 層，高 234 m，由兩座雙向 6傾斜塔樓和連接兩座斜塔頂部的15 層高懸臂結(jié)構(gòu)承載，構(gòu)成由兩個(gè)巨大的“”字交叉纏繞的城市巨型雕塑；三是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)建筑意圖，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系巨型化趨勢(shì)非常明顯。除巨型框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用日益廣泛外，斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系也開(kāi)始成為超高層建筑抗側(cè)向荷載結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)用越來(lái)越多，廣州新電視塔和廣州國(guó)際金融中心都采用了斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系作為抗側(cè)向荷載結(jié)構(gòu)體系。 超高層建筑高度的不斷增加、造型的多樣化和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化給工程技術(shù)人員提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。必須積極借鑒控制論思想和方法，優(yōu)化施工工藝流程，控制超高層建筑結(jié)構(gòu)施工過(guò)程，保障超高層建筑施工安全，提高超高層建筑結(jié)構(gòu)可靠性。 2.1 施工控制原理超高層建筑施工控制是控制論在高層建筑施工中的應(yīng)用，是建筑工程施工工藝與工程控制論相結(jié)合的產(chǎn)物。2.1 控制論原理 自從 1948年諾伯特維納發(fā)表了著名的 控制論關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)一書(shū)以來(lái)，控制論的思想和方法已經(jīng)滲透到了幾乎有的自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。控制論是研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學(xué)，是具有方法論意義的科學(xué)理論，它的理論、觀點(diǎn)，可以成為研究各門(mén)科學(xué)問(wèn)題的科學(xué)方法，也可以為超高層建筑施工控制提供理論指導(dǎo)。（1）基本概念 控制論的基本概念包括系統(tǒng)、控制、信息、輸入、輸出、反饋和狀態(tài)等。系統(tǒng)是由相互制約的各個(gè)部分組成的具有一定功能的整體。控制是施控者選擇適當(dāng)?shù)氖侄巫饔糜谑芸卣?，以引起受控者的行為發(fā)生預(yù)期變化的一種策略性的主動(dòng)行為。信息是貫穿于一切控制過(guò)程（傳遞、變換和處理）的本質(zhì)因素。輸入是環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的激勵(lì)，輸出是系統(tǒng)對(duì)輸入激勵(lì)的響應(yīng)。把系統(tǒng)受上一步控制作用而產(chǎn)生的效果（輸出）作為決定對(duì)系統(tǒng)下一步如何控制（輸入）的依據(jù)，這種行為或策略稱為反饋。狀態(tài)是系統(tǒng)組織和功能的總和。（2） 基本結(jié)構(gòu) 無(wú)論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，一個(gè)控制系統(tǒng)必然包含被控對(duì)象和控制裝置兩大部分，六種基本元件，如圖 2 所示：1） 測(cè)量元件：檢測(cè)被控制的物理量，獲得控制所需反饋。2） 給定元件：給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量。3） 比較元件：把測(cè)量元件檢測(cè)的被控量實(shí)際值與給定元件給出的輸入值進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。4） 放大元件：將比較元件給出的偏差信號(hào)進(jìn)行放大，用來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。5） 執(zhí)行元件：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化。6） 校正元件，也叫補(bǔ)償元件：使結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整，以改善系統(tǒng)的性能。（3）基本方式依據(jù)控制原理，控制有三種基本方式：開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制。1） 開(kāi)環(huán)控制 開(kāi)環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程，按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于系統(tǒng)輸出不能影響系統(tǒng)控制，因此開(kāi)環(huán)控制不具備自動(dòng)修正能力，控制精度比較低。作為最基本的控制方式，開(kāi)環(huán)控制在土木工程施工控制中得到廣泛應(yīng)用，如通過(guò)預(yù)起拱控制大跨度結(jié)構(gòu)的完成狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)和使用對(duì)平整度的要求。2） 閉環(huán)控制 閉環(huán)控制是將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環(huán)、參與控制的控制方式。若由于干擾的存在，使得系統(tǒng)實(shí)際輸出偏離期望輸出，系統(tǒng)自身便利用負(fù)反饋產(chǎn)生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差，使系統(tǒng)輸出量恢復(fù)到期望值上，這正是反饋工作原理。閉環(huán)控制具有較強(qiáng)的抗干擾能力，控制精度較高，但是由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此穩(wěn)定性較差。近年來(lái)隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和結(jié)構(gòu)分析手段的進(jìn)步，閉環(huán)控制在土木工程施工控制中的應(yīng)用日益廣泛，如橋梁施工控制多采用閉環(huán)控制，超高層建筑施工控制也主要采用閉環(huán)控制。3） 復(fù)合控制 復(fù)合控制是開(kāi)環(huán)控制方式與閉環(huán)控制方式的某種組合。開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此可以將兩種控制方式組合使用，形成復(fù)合控制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在確保控制精度的同時(shí)，提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。復(fù)合控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，在土木工程中應(yīng)用還比較少，目前僅在橋梁工程施工控制中進(jìn)行了嘗試，取得一定成果。2.2 施工控制原理（1）施工控制特點(diǎn) 超高層建筑工程施工控制具有自身鮮明特點(diǎn)：復(fù)雜性、不可逆性和人為性。超高層建筑工程施工控制的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是系統(tǒng)復(fù)雜，超高層建筑工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其施工過(guò)程進(jìn)行控制的系統(tǒng)也就非常繁復(fù)，不但包含復(fù)雜的結(jié)構(gòu)本身，還包含可控性比較差的人的活動(dòng)。正因?yàn)槌邔咏ㄖこ淌┕た刂葡到y(tǒng)的復(fù)雜性，因此目前還難以象自動(dòng)控制系統(tǒng)一樣用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行描述；二是目標(biāo)多樣，超高層建筑工程施工控制系統(tǒng)是一個(gè)多目標(biāo)控制系統(tǒng)，既有形態(tài)、又有內(nèi)力和穩(wěn)定性，這些目標(biāo)大部分情況下是相容的，有時(shí)是相互排斥的，這給施工控制帶來(lái)很大困難；三是干擾因素多，超高層建筑施工環(huán)節(jié)多，施工環(huán)境不斷變化，影響施工過(guò)程的因素比較多，既有人為的，如施工工藝和方法，還有自然的，如溫度變化、風(fēng)和地震等。超高層建筑工程施工控制的不可逆性表現(xiàn)在施工控制是面向未來(lái)的，對(duì)既成事實(shí)一般是難以通過(guò)施工控制技術(shù)調(diào)整的。超高層建筑工程施工控制的不可逆性是由施工過(guò)程在時(shí)間上的單向性所決定的。超高層建筑工程施工控制的這一特點(diǎn)就對(duì)施工控制提出了非常高的要求，施工控制必須高效準(zhǔn)確，具有非常強(qiáng)的預(yù)見(jiàn)性，否則造成的損失是無(wú)可挽回的，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)災(zāi)難性的事故，不可不慎重對(duì)待。超高層建筑工程施工控制的人為性主要表現(xiàn)在施工控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要人參與，人在施工控制過(guò)程中發(fā)揮了不可替代的作用。在整個(gè)施工控制過(guò)程中，從輸入、控制和執(zhí)行到輸出和反饋，都離不開(kāi)人的參與。從這個(gè)意義上說(shuō)，超高層建筑工程施工控制系統(tǒng)是人工控制系統(tǒng)，必須根據(jù)超高層建筑施工控制系統(tǒng)的這一特點(diǎn)來(lái)制定控制技術(shù)路線，而不能完全套用自動(dòng)控制的理論和方法。（2）施工控制原理目前工程控制三種控制方法與系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中開(kāi)環(huán)控制屬經(jīng)典工程控制方法，非常成熟，在建筑結(jié)構(gòu)工程施工控制中有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。由于不存在反饋系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)控制不能根據(jù)施工過(guò)程情況調(diào)整控制措施，因此僅適合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的工程，控制精度比較低。閉環(huán)控制屬現(xiàn)代工程控制方法，在橋梁工程施工控制中應(yīng)用廣泛，理論研究和工程經(jīng)驗(yàn)都比較豐富。由于包含反饋系統(tǒng)，能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果不斷調(diào)整控制措施，因此適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程，控制精度比較高。復(fù)合控制屬最新的工程控制方法，理論研究和工程實(shí)踐都取得一定成果，但總體上還處于探索階段。由于超高層建筑的重要性和復(fù)雜性，施工控制必須采用成熟的方法，因此以閉環(huán)控制方法為主進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工控制。超高層建筑施工控制技術(shù)路線如圖 5 所示。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和有關(guān)規(guī)范確定施工控制總目標(biāo)。施工控制總目標(biāo)是保證結(jié)構(gòu)安全和建筑功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)。然后根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工方案確定結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵工況，工況劃分既要保證結(jié)構(gòu)施工過(guò)程分析精度，又要適當(dāng)控制工況數(shù)量，以減少結(jié)構(gòu)施工過(guò)程分析的工作量。按施工工況運(yùn)用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析手段，對(duì)結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程進(jìn)行分析，全面了解結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中內(nèi)力和變形等的演化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，初步確定施工控制的階段控制目標(biāo)及結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)，作為施工控制可操作性的依據(jù)。同時(shí)采取有效技術(shù)措施控制施工過(guò)程，并對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài) （內(nèi)力、變形等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)。按施工工況將結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)與結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)與結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)的差異程度，修正施工方法、施工流程、計(jì)算參數(shù)和計(jì)算模型，重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工過(guò)程分析，修訂施工控制階段目標(biāo)及結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)，優(yōu)化施工控制技術(shù)，如此循環(huán)直至施工結(jié)束。施工控制目標(biāo)施工控制總目標(biāo)施工控制總目標(biāo)是確保超高層建筑施工和運(yùn)營(yíng)安全,以及使用功能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定要求,即確保施工過(guò)程中和運(yùn)營(yíng)期間結(jié)構(gòu)狀態(tài)控制在極限狀態(tài)之內(nèi)。根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠性理論,結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。施工控制總目標(biāo)始終圍繞確保結(jié)構(gòu)狀態(tài)不超過(guò)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。這兩種極限狀態(tài)涉及基本力學(xué)變量是內(nèi)力和變形，因此超高層建筑結(jié)構(gòu)控制總目標(biāo)可以具體為內(nèi)力控制和變形控制兩個(gè)基本方面。把內(nèi)力和變形作為控制指標(biāo)，主要因?yàn)橐子诓僮?，操作性?qiáng)。 （1）內(nèi)力控制 承載能力極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)，具體表現(xiàn)為：、整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；2、結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過(guò)而破壞（包括疲勞破壞），或因過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；3、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；4、結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。內(nèi)力是影響結(jié)構(gòu)承載力狀態(tài)最重要的因素之一，因此必須把承載力控制作為施工控制的重要內(nèi)容，一般而言，設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)承受使用荷載有全面分析和把握，施工控制的重點(diǎn)是通過(guò)施工工藝創(chuàng)新和施工流程優(yōu)化，控制施工產(chǎn)生的附加內(nèi)力。由于附加內(nèi)力的直接測(cè)量比較困難，因此工程實(shí)踐中多彩內(nèi)力總量控制，即通過(guò)設(shè)定內(nèi)力限值來(lái)控制施工產(chǎn)生的附加內(nèi)力。奧雅納（Arup）工程顧問(wèn)公司在進(jìn)行中央電視臺(tái)新臺(tái)址主樓初步設(shè)計(jì)時(shí)，就圍繞確保超高層建筑施工和運(yùn)營(yíng)安全，提出了結(jié)構(gòu)內(nèi)力控制定內(nèi)力的變化范圍。（2） 變形控制正常使用極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到使用功能上允許的某一限值狀態(tài)，具體表現(xiàn)為：1）影響正常使用或外觀的變形；2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；3）影響正常使用的振動(dòng)；4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)。施工控制首先要確保結(jié)構(gòu)施工完成后變形受控，建筑功能正常發(fā)揮，如電梯井的垂直度滿足電梯正常運(yùn)行需要。另外施工控制還要確保結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中變形受控，如平面位置、標(biāo)高、層高及垂直度，以便后續(xù)分部分項(xiàng)工程如幕墻、電梯等順利施工。因此變形控制目標(biāo)既要滿足施工過(guò)程中各分部分項(xiàng)工程密切配合（裝配）需要，又要滿足施工完成后建筑工程正常使用需要。變形控制目標(biāo)應(yīng)當(dāng)根據(jù)這兩者需要，綜合考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平合理確定。變形控制目標(biāo)要適中，控制目標(biāo)過(guò)高將極大增加施工技術(shù)難度和建造成本；控制目標(biāo)過(guò)低將嚴(yán)重影響施工順利進(jìn)行和建筑工程正常使用，同樣會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，都是需要注意避免的。變形控制目標(biāo)應(yīng)在國(guó)家有關(guān)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實(shí)際情況，由設(shè)計(jì)和施工等相關(guān)各方工程技術(shù)人員共同確定。奧雅納（Arup）工程顧問(wèn)公司在進(jìn)行中央電視臺(tái)新臺(tái)址主樓初步設(shè)計(jì)時(shí)，變圍繞確保施工順利進(jìn)行和建筑功能正常發(fā)揮，提出了結(jié)構(gòu)整體形態(tài)（變形）控制決目標(biāo)：當(dāng)結(jié)構(gòu)施工完畢，幕墻及裝修工程結(jié)束，且活荷載未施加狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)整體形態(tài)應(yīng)該達(dá)到結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)形態(tài)。施工控制目標(biāo)分解控制重在過(guò)程，只有過(guò)程受控，施工控制目標(biāo)才能實(shí)現(xiàn)。要對(duì)超高層建筑施工過(guò)程進(jìn)行控制，就必須將施工控制總目標(biāo)按照施工關(guān)鍵工況進(jìn)行分解，成為可以直接指導(dǎo)施工的階段目標(biāo)，即通過(guò)施工過(guò)程住址分析，建立適應(yīng)施工全過(guò)程控制的目標(biāo)體系。超高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工環(huán)節(jié)多，施工過(guò)程仿真分析涉及的力學(xué)模型、材料特性和邊界條件都是隨施工進(jìn)展而變化的，大大嗇了施工過(guò)程分析難度：1）結(jié)構(gòu)體系時(shí)變。結(jié)構(gòu)施工是結(jié)構(gòu)體系形成和完善的過(guò)程，施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)體系隨時(shí)間不斷變化，既有構(gòu)件的增加（結(jié)構(gòu)安裝），又有構(gòu)件的減少（臨時(shí)結(jié)構(gòu)拆除），還有構(gòu)件力學(xué)性能的變化（后張拉結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力）。2） 結(jié)構(gòu)材料時(shí)變。施工過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)性能是比較穩(wěn)定的，但是混凝土的材料力學(xué)性能則會(huì)隨時(shí)間變化，特別是澆搗剛完成不久，混凝土的強(qiáng)度性能和變形性能變化都比較大。3）邊界條件時(shí)變。施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的邊界條件經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，如臨時(shí)支撐的安裝和拆除就會(huì)引起結(jié)構(gòu)邊界條件變化。目前超高層建筑施工過(guò)程仿真分析多采用有限元法。有限單元法是用有限個(gè)單元將連續(xù)體離散化，通過(guò)對(duì)有限個(gè)單元作分片插值求解各種力學(xué)、物理問(wèn)題的一種數(shù)值方法。結(jié)構(gòu)施工過(guò)程仿真分析按照仿真流程分為前進(jìn)分析和倒退分析，所采用的基本方法是正裝分析法和倒裝分析法。正裝分析法是按照結(jié)構(gòu)實(shí)際施工加載順序來(lái)分析結(jié)構(gòu)愛(ài)力與變形，得到各關(guān)鍵工況控制目標(biāo)；而倒裝分析法則是從結(jié)構(gòu)施工完成后理想狀態(tài)出發(fā)，按照與實(shí)際施工次序相反的順序，逐步倒退計(jì)算而得到各施工階段的控制參數(shù)（控制目標(biāo)）。倒裝分析法適用于形式簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)工程，而不能滿足超高層建筑工程施工過(guò)程仿真分析，這是因?yàn)槌邔咏ㄖ谢炷恋牧W(xué)性能（如徐變）與加載歷程有關(guān)，倒裝分析法難以真實(shí)反映該情況。經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員的長(zhǎng)期努力，發(fā)展了許多功能強(qiáng)大的商業(yè)有限元分析軟件，如ANSYS、SAP2000等都具有結(jié)構(gòu)施工過(guò)程仿真分析功能，能夠模擬結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系、材料特性和邊界條件的時(shí)變現(xiàn)象。如采用單元“生死”法模似結(jié)構(gòu)構(gòu)件裝拆過(guò)程。其基本思路為：一次性建立結(jié)構(gòu)完整的有限元模型，然后把所有單元“殺死”，再按照施工步驟逐步“激活”，并施加相應(yīng)施工步的荷載，即可跟蹤分析施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力發(fā)展和變形變化的規(guī)律。施工控制技術(shù)超高層建筑結(jié)構(gòu)施工控制內(nèi)容主要有：平面位置、絕對(duì)標(biāo)高、轉(zhuǎn)達(dá)換桁架（懸臂桁架）撓度、外伸桁架附加內(nèi)力。平面位置控制為追求建筑效果，有些超高層建筑并非垂直向上建造，而是傾斜向上建造的，如中央電臺(tái)新址大廈主樓和西班牙馬德里歐洲之間。這些超高層建筑在建造過(guò)程中，結(jié)構(gòu)因?yàn)樽灾刈饔枚a(chǎn)生豎向和水平缶的變位，斜塔結(jié)構(gòu)受重力作用，完成狀態(tài)與安裝狀態(tài)的平面位置會(huì)發(fā)生較大偏差，必須采取措施使結(jié)構(gòu)的完成狀態(tài)與設(shè)計(jì)理想狀態(tài)的平面位置基本吻合，確保后續(xù)施工能夠順利進(jìn)行，建筑功能不受影響。斜塔結(jié)構(gòu)平面位置控制主要有三種方法：加勁法、預(yù)偏置法和預(yù)應(yīng)力法。1） 加勁法余塔結(jié)構(gòu)平面位置變化受多種因素影響，其中結(jié)構(gòu)抗側(cè)向荷載的剛度是非常重要的因素，因此可以通過(guò)提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)向荷載剛度來(lái)控制結(jié)構(gòu)在重力作用下的平面位置偏移量（撓度）。該方法屬經(jīng)典方法，簡(jiǎn)單易行，因此是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用的施工控制方法。但是該方法單獨(dú)運(yùn)用效果比較差，效率低、成本高，必須與其他施工控制方法結(jié)合使用，效果才顯著。2） 預(yù)偏置法借鑒梁或懸臂梁幾何線形控制的經(jīng)驗(yàn)，在結(jié)構(gòu)安裝的過(guò)程中，有意識(shí)地將構(gòu)件向變形相反的方向偏置，偏置量等于結(jié)構(gòu)受載后的平面位置變化量，這樣就可以保證結(jié)構(gòu)的完成狀態(tài)與設(shè)計(jì)理想狀態(tài)吻合，從而達(dá)到平面位置控制的目的。該方法屬經(jīng)典方法，簡(jiǎn)單易行，效率高、成本低，因此應(yīng)用非常廣泛。該方法的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)一旦成形，就難以修正幾何線形，因此可控性比較差。3） 預(yù)應(yīng)力法預(yù)就力法常用于控制梁和懸臂梁的撓度，是一種成熟的施工控制方法， 借鑒大跨度結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力法控制結(jié)構(gòu)變形的經(jīng)驗(yàn)，在高層或高層建筑中配置后張拉結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中或完成后，通過(guò)后張拉結(jié)構(gòu)體系施加預(yù)應(yīng)力，控制（調(diào)整）超高層建筑結(jié)構(gòu)垂直度，這是預(yù)應(yīng)力法的工藝原理。美國(guó)羅伯遜設(shè)計(jì)事務(wù)所在西班牙馬德里的歐洲之門(mén)雙斜塔結(jié)構(gòu)施工控制中，就成功應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力法，歐洲之門(mén)雙斜塔地上25層，高95米，相向傾斜15度，結(jié)構(gòu)垂直度控制是施工控制的一大難點(diǎn)。西班牙馬德里歐洲之門(mén)雙斜塔采用預(yù)應(yīng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面位置控制的原理。1） 步驟1基礎(chǔ)施工：完成沉箱蓋施工，安裝錨具及豎向后張預(yù)應(yīng)力索（錨錠至地面）2） 步驟2核心筒施工至25層：安裝鋼結(jié)構(gòu)及壓型鋼板至地面，澆搗地面層混凝土；盡快將樓層混凝土澆搗至地面層；開(kāi)始澆搗地下混凝土墻；完成后，全部張拉豎向預(yù)應(yīng)力索并灌漿；部分張拉地面層水平預(yù)應(yīng)力索；如果在地面層安裝足夠的臨時(shí)支撐，地面以上鋼結(jié)構(gòu)安裝可以在地面層混凝土澆搗前進(jìn)行。3） 步驟3鋼結(jié)構(gòu)安裝至6層：繼續(xù)澆搗地下混凝土墻；鋼結(jié)構(gòu)校正固定后迅速安裝壓型鋼板至6層。4） 步驟4鋼結(jié)構(gòu)安裝至13層：首先澆搗6層混凝土，然后澆搗1層混凝土，在13層結(jié)構(gòu)安裝完成前安裝13層水平后張拉法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)并張拉；繼續(xù)澆搗地下混凝土墻；13層結(jié)構(gòu)校正固定后立即安裝壓型鋼板。5） 步驟5鋼結(jié)構(gòu)安裝至20層：澆搗13層混凝土，然后澆搗2層到5層混凝土；完成地下混凝土墻澆搗；全部張拉地面層預(yù)應(yīng)力；20層鋼結(jié)構(gòu)校正后固定后立即安裝壓型鋼板。6） 步驟6鋼結(jié)構(gòu)安裝至25層：澆搗20層混凝土，然后澆搗7層至12層混凝土。7） 步驟7鋼結(jié)構(gòu)安裝完成：澆搗25層混凝土（推薦）或安裝25層臨時(shí)樓面支撐，然后澆搗14層至19層混凝土。8） 步驟8豎向后張拉預(yù)應(yīng)力第一次張拉：澆搗25層混凝土；澆搗核心筒混凝土至頂；部分張拉豎向后張拉預(yù)應(yīng)力；開(kāi)始安裝幕墻；25層大部分機(jī)電設(shè)備就位。9） 步驟9完成樓層混凝土澆搗，繼續(xù)施加預(yù)應(yīng)力：繼續(xù)安裝幕墻；澆搗2124層、屋面及直升機(jī)停滯不前機(jī)坪混凝土；按照以下順序部分施加預(yù)應(yīng)力：21層、22層10） 步驟10完成幕墻安裝及預(yù)應(yīng)力張拉：繼續(xù)安裝幕墻至完成在幕墻安裝過(guò)程中根據(jù)確保建筑垂直度需要逐步施加預(yù)應(yīng)力；校正電梯軌道；完成內(nèi)裝飾；完成預(yù)應(yīng)力張拉，確保施工完成時(shí)建筑的垂直度。標(biāo)高控制高層建筑由于高度很大,施工過(guò)程中和完成以后,一方面結(jié)構(gòu)豎向收縮徐變、壓縮等變形非常明顯,有時(shí)高達(dá)數(shù)十毫米;另一方面在上部結(jié)構(gòu)巨大荷載作用下,地基基礎(chǔ)也會(huì)產(chǎn)生很大沉降,有時(shí)高達(dá)十幾厘米。兩者共同作用,對(duì)結(jié)構(gòu)絕對(duì)標(biāo)高產(chǎn)生明顯影響。如果不加控制,就會(huì)影響幕墻工程、電梯工程等后續(xù)工種的施工。因此必須采取有效措施,控制絕對(duì)標(biāo)高。高層建筑對(duì)標(biāo)高控制方法主要采用預(yù)補(bǔ)償法， 預(yù)補(bǔ)償法原理如下：1、確保施工工藝2、確定工藝狀況3、進(jìn)行施工過(guò)程仿真分析4、確定各樓層絕對(duì)標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高差異5、確定各樓層標(biāo)高預(yù)補(bǔ)償值6、結(jié)構(gòu)施工時(shí)按預(yù)補(bǔ)償值得調(diào)整結(jié)構(gòu)施工標(biāo)高7、根據(jù)施工監(jiān)測(cè)結(jié)果，重復(fù)步驟3、4、5、6，直至施工完成，確保結(jié)構(gòu)完成時(shí)的絕對(duì)標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)。預(yù)補(bǔ)償法簡(jiǎn)單易行，成本低，在高層建筑中得到普遍使用。金貿(mào)大廈就采用了預(yù)補(bǔ)償法來(lái)控制絕對(duì)標(biāo)高。金貿(mào)大廈地下三層、地上88層，總高度達(dá)到420.5m，采用核心筒一外框架結(jié)構(gòu)體系。由于高度巨大，因此豎向變形和沉降非?？捎^。為了確保結(jié)構(gòu)最終標(biāo)高，滿足設(shè)計(jì)和使用要求，根據(jù)施工工況確定了核心筒和矩形柱的標(biāo)高預(yù)補(bǔ)償值。取得明顯成效。更多還原和使用要求，。