摘要：分析框架結構通常採用的結構一次成型、一次加載的計算模型並不符合結構的實際形成和承載方式，而且這種差異對內力和變形的影響有隨結構層數的增加而加大的趨勢。本文利用結構分析的增量有限元方法，研究了施工過程對多高層框架的影響，並對一算例進行了分析。結果表明，設計人員應當考慮施工過程對多高層框架的影響。
關鍵詞：施工過程；框架；有限元
1前言
框架、框架一剪力牆結構是民用建築中常見的結構形式。工程師在設計此類結構時，通常會忽略施工過程的影響，認爲結構是一次形成，採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，但隨着結構層數和高度的增加，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築中，出現了諸如開裂、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，它已經應用於高層建築空間分析程序TBSA中。但在實際分層加載時，下層荷載並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隨着現代電腦技術的發展不再成爲困擾工程師的問題。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考慮施工過程的杆繫結構的有限元法
考慮施工過程對框架結構的影響必須使用增量方法求解。現將施工起算時間t0與欲求時間tn之間劃分爲n個較細的時間段，中間時刻分別用t1，t2……ti-1，ti……tn表示，採用增量過程逐時段求解，最終疊加求出最終時刻的結果。現任取一個時段(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，則考慮施工過程的杆繫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。爲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點節點問的'主從關係；(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。四層以下柱截面爲700×700mm2，十層以上柱截面爲500×500mm2，其餘柱截面600×600mm，框架樑截面爲250×700mm。所示爲外荷載中不包含框架樑柱自重且只適用於一次加載的計算，在全過程分析時，則要根據荷載的施加時間的分別考慮結構各部分荷載作用，每層養護10天：填充牆、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(頂層邊節點)增大了1.26倍，而節點轉角位移減少了40％左右。考慮施工過程時節點豎向位移的減小時由於施工過程中樓層逐層找平，抵消了節點的部分豎向位移所致，實際上最終各層柱的壓縮變形並未減小，而節點轉角的增大時由於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，施工過程對杆端彎矩的影響較大。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點處減少外均增大，幅度最大可達35％。樑端彎矩在頂部幾層變化較明顯，表現爲：邊支座負彎矩減小，中支座負彎矩增大，最多處變化25％。這是由於考慮施工過程時，結構體系在不斷變化，施加的荷載所造成的節點彎矩只在當前結構體系的構件中進行分配所致。
4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於保守，而考慮施工過程後底層邊柱的柱兩端彎矩、其餘各層邊柱的頂端彎矩及樑的中支座負彎矩將會增大，但由表可以看出柱仍以承壓爲主。另外考慮到設計時對樑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％，並且要控制頂部幾層樑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藥研究院醫教綜合樓工程中並得到良好的效果。