陈吉星
天元建设集团有限公司
摘要：信息技术和科学技术的快速发展使得许多新工艺与新技术不断涌现，有力推动了我国建筑行业的发展。随着高层建筑的发展与应用，其结构施工质量对公共安全和公众利益具有直接的影响，因此对其进行高标准和高质量的要求十分之必要。模拟技术作为一种新的施工技术，其在高层建筑结构施工中的应用，能够有效保证结构的稳定性和可靠性，提高结构施工的进度与质量，促进高层建筑工程的顺利实施。本文就对高层建筑结构施工模拟技术的应用发展进行分析和探讨。
关键词：高层建筑；结构施工；模拟技术；应用发展
对于高层建筑而言，主要是指超过24m高的民用建筑和超过10层的住宅建筑，其施工的时间长及范围广，具有较为复杂的技术和较大的工程量[1]。一般来说，高层建筑的结构方式相对较多，其包括钢砼结构、型钢砼和钢管砼等，这些都具有良好的抗震性能、耐久性能和可模性能，能够有效节省建筑材料，促进高层建筑整体质量和使用性能的提高。
一、高层建筑结构施工模拟计算分析
（一）重要性
对于高层建筑结构而言，其构件内力与施工过程存在紧密联系，主体结构在实际施工中多是逐层完成，恒荷载随逐层的增加而不断增加，当完成某层结构施工后，该层的恒荷载也会完成加载。一般来说，在实际施工过程中，如果仅仅只对整体结构的一次形成刚度加以考虑，分析结构使用过程中产生的不用荷载工况，而忽视逐层施工的相关影响因素和各层竖向荷载施工。这样会影响顶层构件的竖向变形差和变形值，使其超过实际情况，并随楼层数的增加而扩大，导致顶层框架梁弯矩变大，严重时框架柱产生拉力[2]。因此在计算分析高层结构时，需要对施工过程进行合理模拟，从而保证结构施工的顺利进行。
（二）模拟方法
高层建筑结构施工模拟方法可分为以下几种：一是分区激活算法。该方法主要是以高度为依据将结构分成若干区段，每一区段都涵盖若干楼层，严格按照从下到上的顺序分区段依次激活，有效减小计算量，降低误差。高层建筑结构不仅具有较大的构件自重，也具有较大的附加恒荷载，如机电设备、幕墙、隔墙、吊顶和地面做法等，这些能够在施工模拟中进行真实反映。结构构件的竖向变形差会影响设备的安装，导致结构顶层出现附加力矩，因此在实际施工中应对竖向构件的标高差异进行及时调整，有效控制误差。
二是逐层激活算法。在设计高层建筑结构时，多是采用逐层激活法来避免误差，利用有限元软件中的“生死单元”技术使结构的荷载与自重等属性为零，并按照施工顺序逐层激活结构单元，使其荷载与自重等恢复到初始值，直到形成最终的整体结构。该技术能够在一定程度上消除荷载与刚度对设计结构和总体刚度的影响，有效模拟各阶段荷载施工与结构刚度逐步形成的过程[3]。逐层激活算法能够对高层建筑结构的实际施工过程加以真实反映，但是其需要较大的计算量，并且高层建筑中混凝土强度达到28d后则无法建造，因此模拟分析难以对混凝土构件的弹性模量进行综合考虑。
二、高层建筑结构施工模拟技术应用
（一）特殊结构形式中的应用
图1：特殊类型结构在施工模拟中的一次激活范围
对于转换结构工程而言，如果其上部结构具有较大的荷载时，可采用多层托梁转换的形式。如环桁架或转换桁架的构件高度多达2~3个结构楼层，如果将逐层模拟方式应用在结构施工中，往往无法保证变形和内力的正确性，并且悬挂结构、交错桁架和空腹桁架等跃层结构也不能采用逐层激活算法。总而言之，在高层建筑结构施工模拟过程中，只有对激活构件的范围进行正确选择，准确把握特殊形式结构临时支撑或拆除模板的时机，才能确保激活构件能够形成稳定的结构体系，如对下部结构加以吊挂或对上部结构进行承托等。下图1为特殊结构形式模拟计算的激活范围示意图。
（二）剪力墙板中的应用
在高层建筑设计中可以框架梁和框架柱为依据内嵌不同形式的剪力墙板，从而形成框架—延性墙板双重抗侧力体系，保证框架柱与边框梁分工的明确。一般常用的剪力墙体板可分为钢板剪力墙、带竖缝剪力墙板和无黏结内藏钢板支撑墙板等。在计算分析剪力墙版结构的过程中可利用板壳单元模拟，从而保证计算的精度和准确度，也可借助简化计算模型保证支撑单元测向刚度，促进计算模型的简化。为了使剪力墙的延性加以改善，可从带竖缝剪力墙的概念出发，使墙板以墙肢受弯为主，采用弯曲破坏形态，从而促进剪力墙延性的提高，但是这样会降低其侧向刚度与承载力[4]。如果竖缝填充材料具有良好的延性和耐火性且易滑移，则能够明显改善剪力墙的延性与耗能能力。此外，在分析结构内力的过程中，为了保证结构的抗性性能，剪切膜单元可选定为竖缝墙板，横梁的设计应综合考虑其承受的全部竖向荷载，两侧立柱的设计则应考虑其从属面积中承受的全部竖向荷载。同时对于框架梁而言，其下翼缘应与竖缝墙现浇形成一体，完成吊装工作后，可在结构施工快完成时现场焊接框架梁的上翼缘，从而保证结构施工的质量。下图2为带竖缝混凝土墙板的示意图。
图2：竖缝剪力墙结构示意图
结束语
综上所述，在高层建筑结构施工过程中应用模拟技术时，需要准确模拟施工过程中，对特殊结构构件的激活顺序加以合理把握，科学运用分区激活算法和逐层激活算法，并以构件的特点和形式为依据制定正确的安装与施工顺序。这样才能保证结构受力形态的合理性，将构件的预期性能加以充分发挥，准确计算出构件的变形与内力，保证结构的安全性与稳定性，提高建筑结构施工的质量与进度，促进工程施工的顺利开展，实现高层建筑的可持续发展。
参考文献：
[1]范重，孔相立，刘学林，王义华，刘先明.超高层建筑结构施工模拟技术最新进展与实践[J].施工技术，2012，14：1-12+76.
[2]王化杰，范峰，支旭东，黄刚，祝恩淳，王宏.超高层结构施工竖向变形规律及预变形控制研究[J].工程力学，2013，02：298-305+312.
[3]陈海洲，王玉岭，刘进贵，王桂玲，徐伟.超高层钢结构建筑的施工模拟技术理论和方法[J].建筑结构，2011，S1：821-824.
[4]冷伟.高层建筑工程转换层施工技术研究[J].江西建材，2015，24：111+116.
论文作者:陈吉星
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/27
标签：结构论文; 荷载论文; 建筑结构论文; 构件论文; 高层论文; 延性论文; 刚度论文; 《基层建设》2016年2期论文;