1前言
框架、框架一剪力墻結構是民用建筑中常見的結構形式。工程師在設計此類結構時，通常會忽略施工過程的影響，認為結構是一次形成，采用一次加載的模式來進行計算，而實際的結構卻是逐層形成，逐層加載的。因此計算模型與實際結構體系之間存在差異，這種差異對中低層結構的影響是可以忽略的，但隨著結構層數(shù)和高度的增加，施工過程對結構內力和變形的影響會逐漸加大，在很多已建多高層框架結構建筑中，出現(xiàn)了諸如開裂、大位移等對結構不利的情況。因此，研究施工過程對多高層框架的影響是必要的。
考慮施工過程的影響分析框架時可按平面結構計算，其方法一般有兩種：一是結構各部分的剛度和荷載都要根據(jù)具體的施工過程逐層形成，逐層疊加形成總剛度陣和荷載陣分別進行計算：二是將總剛度陣一次形成，只需根據(jù)施工過程來修正荷載項進行各階段的計算即可，該方法所用計算時間比第一種少，它已經(jīng)應用于高層建筑空間分析程序TBSA中。但在實際分層加載時，下層荷載并不會在上層結構中產生內力，而在第二種方法中，分層加載總是在整個結構體系上進行的，在下層施加的荷載也會對上層結構產生影響。此外，第一種方法多花費的計算時間已經(jīng)隨著現(xiàn)代電腦技術的發(fā)展不再成為困擾工程師的問題。因此，本文選用第一種方法來準確的考慮施工過程對多高層框架結構的影響。
2考慮施工過程的桿系結構的有限元法
考慮施工過程對框架結構的影響必須使用增量方法求解。現(xiàn)將施工起算時間t0與欲求時間tn之間劃分為n個較細的時間段，中間時刻分別用t1，t2……ti-1，ti……tn表示，采用增量過程逐時段求解，最終疊加求出最終時刻的結果?，F(xiàn)任取一個時段（ti-1-ti）進行分析，假定結構體系和荷載的變化僅發(fā)生在ti-1時刻，時段中則保持結構體系和荷載不變。如果ti-1時刻以前結構上共有m個單元，在ti-1時刻更新荷載p個，則考慮施工過程的桿系結構增量分析的整體剛度方程上述的有限元公式，用FORTRAN編制了一個考慮施工過程的多高層框架結構分析的計算程序。為真實的模擬實際的施工過程。該程序考慮了以下幾種施工過程中可能出現(xiàn)的情況：（1）任意時刻在結構的任意位置增加新的構件：（2]任意時刻在結構的任意位置施加或卸除外荷載；（3）在任意時刻增加或拆除支承；（4）在任意時刻增加或解除節(jié)點節(jié)點問的主從關系；（5）能夠給出結構在任意時刻的位移和內力。3算倒分析
一榀兩跨12層框架。四層以下柱截面為700×700mm2，十層以上柱截面為500×500mm2，其余柱截面600×600mm，框架梁截面為250×700mm.所示為外荷載中不包含框架梁柱自重且只適用于一次加載的計算，在全過程分析時，則要根據(jù)荷載的施加時間的分別考慮結構各部分荷載作用，每層養(yǎng)護10天：填充墻、抹灰、吊頂與地面自頂層向下施工，每10天完成一層。僅考慮結構豎向荷載的作用。
利用前面所述的有限元程序對該算例進行如下兩種情況的計算：（1）不考慮施工過程的彈性分析；（2）考慮施工過程的彈性分析，以進行對比分析。
可以看出，所示的框架結構在豎向荷載作用下，結構豎向位移時主要變形。彈性分析不考慮施工過程時節(jié)點豎向位移會偏大，且隨樓層的增高偏大越明顯，最多處（頂層邊節(jié)點）增大了1.26倍，而節(jié)點轉角位移減少了40％左右。考慮施工過程時節(jié)點豎向位移的減小時由于施工過程中樓層逐層找平，抵消了節(jié)點的部分豎向位移所致，實際上最終各層柱的壓縮變形并未減小，而節(jié)點轉角的增大時由于考慮施工過程時的結構體系與不考慮施工過程計算時的結構體系不同所致。
從中可以看出，施工過程對桿端彎矩的影響較大。如考慮施工過程的影響，邊柱的柱兩端彎矩在底層大大增長，變化的幅度可超過50％，其他各層的底端彎矩減少了近一半，頂端彎矩在除頂層節(jié)點處減少外均增大，幅度可達35％。梁端彎矩在頂部幾層變化較明顯，表現(xiàn)為：邊支座負彎矩減小，中支座負彎矩增大，最多處變化25％。這是由于考慮施工過程時，結構體系在不斷變化，施加的荷載所造成的節(jié)點彎矩只在當前結構體系的構件中進行分配所致。
3結語
通過以上分析可知，計算豎向荷載作用下的多高層框架時，不考慮施工過程的影響變形偏于保守，而考慮施工過程后底層邊柱的柱兩端彎矩、其余各層邊柱的頂端彎矩及梁的中支座負彎矩將會增大，但由表可以看出柱仍以承壓為主。另外考慮到設計時對梁的中支座負彎矩一般要進行10％～20％的塑性調幅。因此，一次成形、一次加載的計算方法仍是簡單可用的，但建議對該方法計算得到的柱的偏心彎矩放大30％～40％，并且要控制頂部幾層梁支座負彎矩的調幅程度。本文得到的考慮施工過程影響的計算理論已應用在湖南省中醫(yī)藥研究院醫(yī)教綜合樓工程中并得到良好的效果。
框架、框架一剪力墻結構是民用建筑中常見的結構形式。工程師在設計此類結構時，通常會忽略施工過程的影響，認為結構是一次形成，采用一次加載的模式來進行計算，而實際的結構卻是逐層形成，逐層加載的。因此計算模型與實際結構體系之間存在差異，這種差異對中低層結構的影響是可以忽略的，但隨著結構層數(shù)和高度的增加，施工過程對結構內力和變形的影響會逐漸加大，在很多已建多高層框架結構建筑中，出現(xiàn)了諸如開裂、大位移等對結構不利的情況。因此，研究施工過程對多高層框架的影響是必要的。
考慮施工過程的影響分析框架時可按平面結構計算，其方法一般有兩種：一是結構各部分的剛度和荷載都要根據(jù)具體的施工過程逐層形成，逐層疊加形成總剛度陣和荷載陣分別進行計算：二是將總剛度陣一次形成，只需根據(jù)施工過程來修正荷載項進行各階段的計算即可，該方法所用計算時間比第一種少，它已經(jīng)應用于高層建筑空間分析程序TBSA中。但在實際分層加載時，下層荷載并不會在上層結構中產生內力，而在第二種方法中，分層加載總是在整個結構體系上進行的，在下層施加的荷載也會對上層結構產生影響。此外，第一種方法多花費的計算時間已經(jīng)隨著現(xiàn)代電腦技術的發(fā)展不再成為困擾工程師的問題。因此，本文選用第一種方法來準確的考慮施工過程對多高層框架結構的影響。
2考慮施工過程的桿系結構的有限元法
考慮施工過程對框架結構的影響必須使用增量方法求解。現(xiàn)將施工起算時間t0與欲求時間tn之間劃分為n個較細的時間段，中間時刻分別用t1，t2……ti-1，ti……tn表示，采用增量過程逐時段求解，最終疊加求出最終時刻的結果?，F(xiàn)任取一個時段（ti-1-ti）進行分析，假定結構體系和荷載的變化僅發(fā)生在ti-1時刻，時段中則保持結構體系和荷載不變。如果ti-1時刻以前結構上共有m個單元，在ti-1時刻更新荷載p個，則考慮施工過程的桿系結構增量分析的整體剛度方程上述的有限元公式，用FORTRAN編制了一個考慮施工過程的多高層框架結構分析的計算程序。為真實的模擬實際的施工過程。該程序考慮了以下幾種施工過程中可能出現(xiàn)的情況：（1）任意時刻在結構的任意位置增加新的構件：（2]任意時刻在結構的任意位置施加或卸除外荷載；（3）在任意時刻增加或拆除支承；（4）在任意時刻增加或解除節(jié)點節(jié)點問的主從關系；（5）能夠給出結構在任意時刻的位移和內力。3算倒分析
一榀兩跨12層框架。四層以下柱截面為700×700mm2，十層以上柱截面為500×500mm2，其余柱截面600×600mm，框架梁截面為250×700mm.所示為外荷載中不包含框架梁柱自重且只適用于一次加載的計算，在全過程分析時，則要根據(jù)荷載的施加時間的分別考慮結構各部分荷載作用，每層養(yǎng)護10天：填充墻、抹灰、吊頂與地面自頂層向下施工，每10天完成一層。僅考慮結構豎向荷載的作用。
利用前面所述的有限元程序對該算例進行如下兩種情況的計算：（1）不考慮施工過程的彈性分析；（2）考慮施工過程的彈性分析，以進行對比分析。
可以看出，所示的框架結構在豎向荷載作用下，結構豎向位移時主要變形。彈性分析不考慮施工過程時節(jié)點豎向位移會偏大，且隨樓層的增高偏大越明顯，最多處（頂層邊節(jié)點）增大了1.26倍，而節(jié)點轉角位移減少了40％左右。考慮施工過程時節(jié)點豎向位移的減小時由于施工過程中樓層逐層找平，抵消了節(jié)點的部分豎向位移所致，實際上最終各層柱的壓縮變形并未減小，而節(jié)點轉角的增大時由于考慮施工過程時的結構體系與不考慮施工過程計算時的結構體系不同所致。
從中可以看出，施工過程對桿端彎矩的影響較大。如考慮施工過程的影響，邊柱的柱兩端彎矩在底層大大增長，變化的幅度可超過50％，其他各層的底端彎矩減少了近一半，頂端彎矩在除頂層節(jié)點處減少外均增大，幅度可達35％。梁端彎矩在頂部幾層變化較明顯，表現(xiàn)為：邊支座負彎矩減小，中支座負彎矩增大，最多處變化25％。這是由于考慮施工過程時，結構體系在不斷變化，施加的荷載所造成的節(jié)點彎矩只在當前結構體系的構件中進行分配所致。
3結語
通過以上分析可知，計算豎向荷載作用下的多高層框架時，不考慮施工過程的影響變形偏于保守，而考慮施工過程后底層邊柱的柱兩端彎矩、其余各層邊柱的頂端彎矩及梁的中支座負彎矩將會增大，但由表可以看出柱仍以承壓為主。另外考慮到設計時對梁的中支座負彎矩一般要進行10％～20％的塑性調幅。因此，一次成形、一次加載的計算方法仍是簡單可用的，但建議對該方法計算得到的柱的偏心彎矩放大30％～40％，并且要控制頂部幾層梁支座負彎矩的調幅程度。本文得到的考慮施工過程影響的計算理論已應用在湖南省中醫(yī)藥研究院醫(yī)教綜合樓工程中并得到良好的效果。