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24指定施工次序計算 -2016.6

發布時間:2016-06-27



指定施工次序計算

這里講的指定施工次序計算是指在計算恒荷載時,考慮施工次序的計算,是否考慮施工次序,考慮不同的施工次序對恒載效應的計算結果常有較大的影響。

《高規》5.1.8高層建筑結構在進行重力荷載作用效應分析時,柱、墻、斜撐等構件的軸向變形宜采用適當的計算模型考慮施工過程的影響;復雜高層建筑及房屋高度大于150m的其他高層建筑結構,應考慮施工過程的影響。

合理確定施工次序不僅符合實際要求,而且減少構件的計算受力。

國內常用軟件考慮施工次序的功能有一定的局限,它提供的施工模擬3計算就是這里講的內容之一,施工模擬3假定每個樓層為一個施工次序。它提供的施工次序只能限于這一種,因此難于應對常見的多種情況。

YJK除了提供施工模擬3計算方式之外,還提供對任意構件指定施工次序的功能,從而使施工模擬計算適應大部分應用。同時,YJK對施工模擬3本身,做了避免用戶應用失誤的若干自動處理。

1? 施工模擬3的基本概念

在計算參數中,提供處理恒載計算的3種算法:一次性加載、施工模擬1、施工模擬3。

1. 模擬施工1

模擬施工1采用一次集成整體剛度、分步加恒載的模型,只計入加載施工步及以下的節點位移量和構件內力,來近似模擬考慮施工過程的結構受力。

模擬施工1的模型和加載模式

可以看出,模擬施工1是一種近似的處理方式,是對效率和精度的折衷。由于只需形成一次結構剛度矩陣,在計算機解題能力受限時,既能在一定程度上模擬施工加載的變形效果,同時又不會對計算效率造成太大影響。

2. 模擬施工3

模擬施工3采用了分層剛度分層加載的模型,這種方式假定每個樓層加載時,它下面的樓層已經施工完畢,由于已經在樓層平面處找平,該層加載時下部沒有變形,下面各層的受力變形不會影響到本層以上各層,因此避開了一次性加載常見的梁受力異常的現象(如中柱處的梁負彎矩很小甚至為正等)。這種模式下,該層的受力和位移變形主要由該層及其以上各層的受力和剛度決定。

用這種方式進行結構分析需要形成最多N(總施工步數)個不同結構的剛度陣,解N次方程,計算量相應增加。

模擬施工3的剛度和加載模式

3.用戶指定樓層施工次序

在計算前處理設置了樓層施工次序定義,可通過參數或者表格形式修改軟件默認形成的樓層施工次序。

用戶在參數定義中可設置每隔幾層作一次剛度生成和加載。

2? 用戶自定義構件施工次序

前處理設置了構件施工次序菜單,可以由用戶指定任意構件的特定施工次序。

軟件自動進行的施工次序是按照樓層順序指定的,這里可將某些構件設置為不按照樓層順序施工,而按照用戶設定的次序施工。用戶需輸入施工次序號,然后鼠標點取指定采用該順序號的構件。

1. 某工程指定斜撐在所有樓層主體完工后安裝

示例為某帶斜撐樓層,如果用戶為了減少斜撐的截面尺寸,只讓它承擔抵抗水平力、減少樓層側移的作用,則可以指定所有斜撐在全樓主體完工后安裝。因為全樓主體完工后,恒載主要變形已經完成,這是組裝上去的斜桿就不再承受恒載。

因為全樓共7層,軟件自動生成的樓層施工次序是逐層向上施工,每個樓層上所有構件的施工次序就是它所在的樓層號。因為斜撐需要在7層施工完成后才安裝,我們可以將所有斜撐構件的施工次序改為8。在計算前處理的樓層屬性菜單下,用構件施工次序菜單完成操作。設置完施工次序后,可在計算簡圖菜單下的施工次序動畫下查看。

我們分別按照指定斜撐施工次序和不指定斜撐施工次序計算,并對比兩者的計算結果。我們用1層的斜撐構件,對比兩種算法的內力如下圖。

對斜桿指定施工次序8的概念,就是指定斜桿在全樓的7層都完工后再安裝斜桿。對比斜桿隨著樓層同時施工的計算結果,在恒載下斜桿的軸力從-412降到-11,-11表明該斜桿只承擔自重,不再承擔上部結構傳來的恒荷載,因為當斜桿安裝時,恒載的整體變形已經完成,后安裝的斜桿不再受力。

但是,從結果看出,兩種施工次序下其它荷載工況的計算結果相同,說明雖然該斜桿不承受恒荷載,但不影響它在地震、風、活等荷載工況下的作用。

2. 帶加強層工程指定施工次序實例

《高規》11.2.7:當布置有外伸桁架加強層時,應采取有效措施減少外框柱與混凝土筒體豎向變形差異引起的桁架桿件內力

《廣高規》11.3.2-5:宜考慮核心筒與外框架施工過程在重力荷載作用下變形差的影響??刹捎煤笫┕ど毂坭旒芨箺U、伸臂結構先與柱鉸接,待主體結構完成后再與柱剛接等方法來減少其影響。

常有項目需要考慮特定的施工次序,如混凝土核心筒外的鋼框架,其鋼框架施工次序常滯后于核心筒;又比如在設置加強層結構中,其伸臂桁架常在上面多個樓層完工之后才安裝。在恒載計算中,考慮這種結構特定施工次序可使它們避免突變的、異常大的計算結果,與實際更相符合。

下圖為某帶加強層高層建筑,它的第30、42、54層為加強層,需對加強層中的伸臂桁架設置合適的施工次序才能順利進行設計。

截圖07.png截圖01.png

對圖示加強層中的伸臂桁架推遲到十二層后再施工,消除部分附加二次應力。

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截圖04.png

我們對30層的伸臂桁架各桿件設置施工次序為42,意味著這些桿件不在30層施工時安裝,而是當樓層施工到42層時,才回到30層安裝。同樣我們對42層的伸臂桁架各桿件設置施工次序為54,對54層的伸臂桁架各桿件設置施工次序為66。

我們分別按照指定斜撐施工次序和不指定斜撐施工次序計算,并對比兩者的計算結果。我們用30層的某根斜撐構件,對比兩種算法的內力如下圖。

截圖06.png

可以看出,對伸臂桁架指定施工次序后計算可減少桿件60-70%的軸力。對伸臂桁架按照樓層施工將使它受力太大,一般都必須調整它的施工次序。

3. 高低跨交接處梁的配筋異常的處理

某工程在高低跨交接處梁的配筋出現異常,查到它的彎矩包絡圖異常,原因是恒載下這些梁的彎矩異常。

由于高層部分的荷載與低層部分的荷載相差較大,導致在高低跨交接處出現大的變形差,這種變形差導致高低跨交接處梁的彎矩出現如圖所示的狀況,按照正常的力學分析,這個彎矩是正常的,但在實際工程施工中,應考慮避免這種異常,一般都需要在高低跨交接處設置后澆帶,后澆帶在結構整體封頂后才施工。

在計算中可通過指定高低跨交接處梁的施工次序模擬后澆帶的過程。該工程共22層,我們設置這些梁的施工次序為23。

設置這樣的施工次序后再計算,高低跨交接處的梁的彎矩基本正常。

3? 自動判定連續加載層數的情況

一般情況按照樓層的施工次序是每次加載1個樓層,但在某些情況下需要對連續的2個或多個樓層連續加載,只加載1個樓層可能引起較大誤差。避免人工未能修改施工次序造成計算異常

在以下幾種情況下,程序可以自動判定連續加載的層數和次序。

轉換層結構,根據用戶指定的轉換層所在層號,程序轉換層和它上面的3層共同作為一個施工次序。這樣做是根據轉換層結構施工、拆模特點和保證轉換梁的正確受力計算。

對于設置了躍層柱和躍層支撐的結構,程序自動將躍層柱或躍層支撐連接的幾個樓層共同作為一個施工次序。

對于按照廣義層建模的結構,考慮樓層的連接關系來指定施工次序,避免出現下層還未建造,上層反倒先進入施工行列的情況發生。

對于出現抽柱、懸挑的樓層,要將該層和它下面緊鄰的樓層一起施工。

對于程序自動設置的加載次序,用戶還可以在施工次序對話框中修改。

1. 梁托柱層

YJK自動判斷梁托柱的樓層,并將該層與上層合并為一個施工次序,即連續2層為一個施工次序。

如圖為梁托柱工程,YJK自動將1、2層合并為1個施工次序計算。

我們分別按照1、2層分開施工次序和1、2層合并施工次序計算,并對比兩者的計算結果。對比兩種算法的圖示梁的內力如下圖。

恒載下的梁的最大彎矩降低23%,最大剪力降低25%。其它工況不變。分層施工次序時梁超限,合并層施工次序計算結果正常。這是因為梁托柱層受力較大,合并層施工次序相當于用兩個樓層的剛度共同承擔梁托柱層的荷載,這也符合這樣的樓層的拆模規律。

圖示實例,用戶問題問什么用原來軟件算的第1層梁和柱的配筋,比YJK大很多?

1層柱配筋總面積(mm2)????????? 原來軟件?????????????????????? YJK???????? 相差(%)

??? ????????????? 主筋?????????????????????? 655190??????????????????????? 537216???????? -18.0%

?????? 箍筋??????????????????????? 43102???????????????????????? 42934????????? -0.4%

1層梁配筋總面積(mm2)????????? 原來軟件?????????????????????? YJK???????? 相差(%)

??????? 頂部????????????????????? 1984313?????????????????????? 1313766???????? -33.8%

??????? 底部????????????????????? 1207644?????????????????????? 1139957????????? -5.6%

??????? 箍筋??????????????????????? 36059???????????????????????? 34935????????? -3.1%

??? 超筋梁數???????????????????????? 7???????????????????????????? 0

這是因為,1層存在梁托柱,YJK1-2層合并為1個施工次序。

2. 懸挑梁托柱層

圖示為懸挑梁托柱的樓層,YJK自動將2、3層合并為1個施工次序計算。

我們分別按照2、3層分開施工次序和2、3層合并施工次序計算,并對比兩者的計算結果。對比兩種算法的圖示2層懸挑梁的內力如下圖。

合并施工次序后,托柱懸挑梁的彎矩減少7%,剪力減少3%。

3. 轉換層

對于轉換層結構,根據用戶指定的轉換層所在層號,YJK轉換層和它上面的2層共3作為一個施工次序。這樣做是根據轉換層結構施工、拆模特點和保證轉換梁的正確受力計算。

圖示為轉換層樓層,YJK自動將轉換層和它上面2層合并為1個施工次序計算。

我們分別按照轉換層和它上面2層分開施工次序與轉換層和它上面2層合并施工次序計算,并對比兩者的計算結果。對比兩種算法的3根轉換梁的內力如下圖。

合并3層施工次序可使轉換梁內力明顯減少,這是因為轉換梁層受力較大,合并層施工次序相當于用三個樓層的剛度共同承擔轉換梁層的荷載,這也符合這樣的樓層的拆模規律。

4. 小結

一般用戶應根據樓層上下的特殊情況,在計算前處理中手工修改樓層施工測序,進行合并或者拆分,但是實際工程中常見用戶遺漏造成計算結果異常。YJK設置的這些自動處理為的是避免人工未能修改施工次序造成計算異常。

4? 64位下的施工模擬3的計算加速

一般情況下施工模擬3的計算比起恒載的其它算法選項要費時很多,YJK通過計算方法的改進,在64位操作系統下的施工模擬3的計算速度可得到較大提升,特別是當層數接近100層時可節省70%的計算時間。由于這種計算方法耗用較大的內存,目前限于在64位操作系統下使用。

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