高层建筑沉降预测

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1理论介绍
通过统计公路沉降数据的拟合，提出了一种考虑荷载高度的沉降预测方法，认为其沉降发展规律符合。Si=Ai×Hi－Bi×Hi/ti(1)式中，Si为自第一级荷载加载时刻起至t时刻的累计沉降量;Hi为t时刻对应的第i级累计荷载高度，Ai、Bi为待定参数，可根据实测沉降数据进行线性拟合而得出待定系数A、B。则为第i级累计荷载高度下的最终沉降量为:S∞=A×Hi(2)当用压缩模量求解主固结沉降时，对单层土体而言，其公式如下:S=ΔpEs×L(3)式中Δp—附加应力增量;Es—压缩模量;L—压缩层厚度。Δp可表征为荷载的线性函数，即:Δp=×M，其中为常量。也即式(4)可表达为:S=ΔpEs×L=×LEs×M=A×M(4)沉降预测经验公式(4)中系数A的物理意义:在特定条件下(如沉降以主固结为主，压缩层物理力学性质相对均一)，A是一个不随荷载大小而变化的常量。超高层建筑由于施工周期较长，对于实际工程中的逐渐加荷，可将真实的加荷过程等效为多级线性加荷，故提出以下假设:1)该超高层结构荷载加载方式为分级加载，每隔30d加载部分荷载。2)每一级荷载增量所引起的沉降是单独进行的，与上一级荷载增量所引起的沉降完全无关。3)总沉降等于各级荷载增量作用下沉降的叠加。4)加载期为0～ti的等速加荷的荷载增量，与在ti/2时一次瞬时施加该荷载增量所引起的沉降是等效的。
2工程实例分析
某超高层建筑位于上海市浦东新区陆家嘴金融中心，紧邻金茂大厦、环球金融中心等多幢超高层建筑。建筑总高度632m，结构高度580m，地上塔楼共124层，地下室共5层，筏板顶的标高为－25.400m。主楼下筏板一共有28个沉降观测点(见图1)，1～4号点位在核心筒内墙，5～12号点位在核心筒外墙，13～20号点位在巨柱和角柱，21～28号点位在主楼底板外圈分布。取4号点(即沉降观测值最大点)和巨柱下16号点进行沉降预测。自2010年5月11日开始施工到2013年8月30日结构封顶，核心筒及巨柱沉降观测值如图2。2011年3月9日至8月31日期间由于地基停止降水，导致地基反拱，沉降未形成稳定趋势。取2011年8月31日至2012年12月27日的沉降观测值作为预测基础数据进行研究。根据SAP2000有限元模型分析得出，核心筒与巨柱的荷载为除自身荷载外还分别承担楼面自重及附加恒荷载的的55%及45%，具体参数见表1。根据式(5)用上述方法拟合出所选数据区间的沉降曲线，并对接下来施工阶段的沉降进行了预测，直至结构封顶，见图3～4。预测的核心筒及巨柱位置的沉降趋势与实测值完全一致，与实测值相比核心筒最大误差为5.25mm，巨柱为3.65mm。预测差异沉降的曲率也符合实测值发展曲率，见图5。该结构设计总重80万t，其中活荷载20万t，预计2015年竣工并全部投入使用，假设活荷载从2013年8月30日(结构封顶)开始在未来2年内每隔30d均匀加载于结构上，结构从施工到投入使用后沉降发展趋势见图6，根据式(6)，核心筒沉降值在115mm收敛，巨柱为78mm，所以最终沉降预测值为115mm。差异沉降曲率值在0.00176处收敛，最终差异沉降曲率预测值为0.00176，见图7。
3结论
分级加载曲线拟合法适用于施工周期较长得结构，该方法预测出的施工期间及施工后适用阶段的沉降值、差异沉降曲率与实测值相符。本文超高层结构沉降设计值在83～120mm之间，该方法预测出核心筒及结构的最终沉降值为115mm，认为预测出的结果相当合理。