刘志生
广东西鸿土木建筑设计有限公司 525000
摘要：近年来，我国在超高层建筑建造高度与数量取得了举世瞩目的表现，在建筑高度不断增加的同时，建筑结构的设计与施工也面临着新的挑战。本文对某带转换结构的超高层建筑作了较为详细的施工模拟计算，结果表明，对高层及超高层结构，必须正确进行施工模拟分析以反映实际重力荷载、结构刚度生成的全过程，以避免低估了弹性阶段重要构件在重力荷载作用下的基本内力，从而造成结构隐患。
关键词：施工模拟；重力荷载；压缩变形分析；转换结构；satwe软件
1、工程简介
位于我市城中心城区某高层结构体系复杂，5层处有转换梁!支撑其上34层结构，!属于关键部位的重要构件，有必要对此处施工阶段重力荷载作用下的压缩变形及内力作详细分析，以保证在复杂受力（风及地震）状态下的结构有足够的安全储备。
2、施工模拟
该工程的结构转换层平面及转换层上层平面见图1。
图1
高层建筑主体结构通常是逐层施工逐层形成的，重力荷载（结构自重及施工荷载）也是逐层施加的，当第i 层结构施工时，本层的荷载只对其下具有足够结构强度的各层产生影响（内力及压缩变形），此时第i 层以上各层及其下不具有足够强度的各层，不受第i 层荷载的影响。因各墙柱的刚度及所受的竖向荷载不同，所以i 层以下各层产生的累计压缩变形不同，此变形对与墙柱相连的梁实际受力发生变化。在施工第i 层时，i 层以下各层竖向构件产生的累计压缩变形因施工找平而被消除了，不再对i 层以上产生影响。
该工程实际施工过程如下：转换层结构要求在28d 以后拆除支撑!标准层为21d，施工速度大约为每7d一层标准层。在转换层有足够强度拆除支撑时，其上已有4 层标准层结构，其中第一层也已达到拆除支撑的时间（21d），此为施工阶段一。而后随着每施工一层，可拆除一层支撑，直至转换层以上第十二层#此为施工阶段二至九。同时因为上部楼层的施工状态对转换层影响较小，为计算方便#从第十三层开始#近似认为每施工六层，同时可拆除六层的支撑。直至结构的封顶。
每个施工阶段中，结构都具有不同的结构刚度（楼层），结构自重及施工荷载将在此刚度下产生相应的内力及变形，考虑精确确定施工荷载比较困难，且施工荷载相比结构自重较小，这里将标准层荷载统一取为17KPa（转换层自重单独计算）。施工各阶段产生的内力及变形叠加，即为较为准确的施工模拟分析，这里简称为准确法，为方便比较，同时计算了satwe软件本身的施工模拟分析时的结果（这里称为简化法）。
satwe软件施工模拟分析的原理是：考虑施工过程的分层加荷及施工逐层找平的影响，同上述准确法一致。不同之处是对计算效率的考虑，计算时所用的楼层刚度不是施工时结构的实际刚度，而采用了结构的全楼刚度。这种方法改进了一次性加荷造成的墙柱累计压缩量差异过大，甚至出现在竖向荷载作用下结构顶部梁上部全截面受拉的异常情况，上部结构结果较为合理。但同时由于计入了上部尚未形成的结构刚度贡献，使下部结构的变形与内力发生转移，与实际情况出入较大。
3 结果分析
3.1 总竖向力校核
准确法计算的总竖向力为59639KN，简化法计算的总竖向力为59542KN。误差不超过0。2%说明两种计算方法的竖向力传递均没有丢失。
3.2 结果分析
计算结果显示点1~12，17~22，26~28的竖向压缩变形简化法计算均比准确法计算要小，幅度不等，与该点所处位置及梁刚度有关。而13~16，23~25，29，30点结果相反，说明简化法计算是由于考虑了上部结构刚度，使结构的变形向竖向刚度较大的支座转移，对转换梁而言，造成转换梁上部的柱竖向压缩量计算过小，同时又夸大了转换梁的支座处墙的竖向压缩量。对普通柱而言，由于上部梁的作用，造成位移向周围竖向刚度较大的墙转移。
墙柱的轴力结果也反映出上述规律，在转换层#转换梁下的框支柱5，6及墙17，21，22，由于所受荷载面积较大，压应力较高，由于上部结构的整体作用，势必使压应力由较高的构件向压应力较低的构件转移，即上述点的轴力简化法计算均小于准确法，这部分轴力发生转移，即13~16，23~26点的轴力简化法计算结果偏大。同样#在转换层上层，1~4，7~12柱的轴力简化法计算均偏小，而13~16，23~26点的轴力简化法计算结果偏大。
转换梁的内力分析说明，简化法计算的内力在竖向荷载作用下计算偏小，误差在10%到20%之间，对于A，B，C点，竖向力工况（恒+活）与截面设计包络值的比分别为56%，64%，88%，可以看出#这部分误差影响设计结果不会超过20%，原设计时考虑了这部分误差，把配筋量放大了1.5 倍左右#所以转换梁的安全度是足够的，对于部分受力偏小的柱# 原设计时通过严格控制劲性柱的轴压比（控制在0.7 以下）经复核，大部分柱的轴压比仍然满足要求，个别柱轴压比稍大，如果充分考虑劲性柱中型钢的强度#轴压比仍能满足要求。
3.3 转换梁的挠度差
satwe 计算的转换梁的弹性挠度值见附表。
其中最大差值为13-5.4=7.6mm（1 点和2点），如果认为长期挠度为弹性挠度的2倍（偏于
保守）即7.6*2=15.2mm相对于水平距离为：15.2/7100=0.2%，数值非常小，不会因此造成上部
楼面的开裂。
转换梁的最大挠度发生在B点处，数值为13.85*2=28mm，满足允许挠度11700/300=39mm的要求。这也说明转换梁的刚度是合适的。
如果按照混凝土工程施工设计要求，施工时B点处应反拱0.1%即11.7mm 则实际挠度值为28-11.7=16.3mm。建议对点，处施工时可适当加大反拱值，如采取0.2%即11700*0。2%=23。4mm，减小转换梁的挠度。
结论
satwe 软件的施工模拟分析对于高层结构上部计算比较准确，对于下部会产生误差!竖向力会由竖向刚度小的构件（压应力较大）向竖向刚度大的构件（压应力较小）转移!竖向力有趋于平均的趋势。尤其对于带有转换层的结构，会造成转换结构受力计算不准确，在本例中，造成了转换梁内力计算偏小，如果不人为加以放大，势必造成工程隐患。
本文中的方法虽能正确反映结构在施工过程中自重对结构内力及变形的影响，但仍有不足之处，首先，在施工阶段结构的自重与竣工交付使用后的自重并不相等，主要差别在装修，管线荷载，活荷载等。其次，施工荷载大小与施工工艺，施工器材有关，尤其在直接承受施工荷载的结构楼层，梁柱受力直接受施工方式的影响，要精确分析梁柱内力比较困难，由于现有软件缺乏相应功能，本文假定自重与施工荷载以均布形式作用于结构楼面，会造成一定的误差。
参考文献：
[1]傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社.1999.699
[2]赵西安.钢筋混凝土高层建筑结构设计[M].1992.106
论文作者:刘志生
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/8
标签：荷载论文; 结构论文; 刚度论文; 挠度论文; 内力论文; 自重论文; 构件论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;