施工阶段结构水平方向动力弹塑性分析

周天义， 王泽云， 汪义凡， 曾武凤， 唐述涌

(西华大学土木建筑与环境学院，四川成都 610039)

施工阶段结构水平方向动力弹塑性分析

周天义， 王泽云， 汪义凡， 曾武凤， 唐述涌

(西华大学土木建筑与环境学院，四川成都 610039)

结构在进行施工阶段受力分析时，更多的还是考虑在竖向荷载作用下结构的位移和内力变化情况。在水平方向，尤其在进行地震动力分析时，传统的设计方法是将结构整体作为研究对象，实际上结构的刚度是在不断变化的，因此有必要对结构进行水平方向的施工阶段分析。文章基于有限元分析软件Etabs，通过对4层框架结构和10层框筒结构，分别考虑在一次加载和逐层加载作用下进行动力弹塑性分析,比较不同初始工况作用下结构的最大层间位移角和最大层间剪力的变化来分析其对结构的影响程度。

一次加载； 施工阶段； 模型； 分析； 弹塑性分析

结构进行水平方向动力弹塑性分析时通常以建成后的整体作为力学模型，考虑荷载一次性作用在构件上。实际上高层建筑在施工时是按照一定的施工顺序完成的，结构上的荷载也随着施工的顺序，从下而上逐步作用在各个构件上。结构的刚度也随着建造的过程慢慢变化，因此很有必要研究结构水平方向动力弹塑性分析考虑施工阶段的影响。

1 施工阶段荷载效应分析的方法

1.1 一次加载法

以往在进行荷载下的内力以及位移计算时采用这种方法，即把模型建成后一次作用全部荷载，计算模型如图1所示。

图1 一次加载法

1.2 近似模拟施工过程方法

这种方法是以结构整体作为研究对象，计算每一层的荷载效应时只考虑本层及以上所有层荷载效应在结构上的叠加，计算模型见图2。

图2 近似模拟施工过程法

1.3 精确模拟施工法

这种方法将结构整体按照施工阶段进行划分，每一个的刚度随着施工阶段的不同而变化，每一阶段的荷载效应计算时只考虑顶层荷载的影响，此法计算出来的荷载效应更准确，计算模型见图3。

图3 精确模拟施工过程法

2 施工阶段分析的研究情况

国内对施工阶段的研究较早，主要的研究集中在计算方法的精确化和竖向位移的分析。丁龙章对一榀13层框架结构进行轴向变形计算时，通过位移差的比较，建议高层结构应采用施工阶段分析。李丹等人运用图2所示的近似法来编制计算机程序并且对结构进行内力计算。随后傅学怡提出了图3精确计算方法，并对一榀2跨5层框架通过计算构件的轴力和弯矩来验证该方法。方永明等人通过一简单算例分别比较了在一次性荷载、近似施工加载和精确施工加载作用下框架结构的弯矩和轴力，通过内力分析更加直观的意识到三者之间的差异。

周绪红等人通过四个钢框架核心筒的计算模型运用SAP 2000软件间接对其进行模拟分析，在竖向变形计算时考虑收缩徐变、温度作用以及构件节点位置的连接等多种影响工况，结果显示三者引起的荷载效应很大。傅学怡等人对国外超高层钢筋混凝土交叉外网筒结进行分析，认为在施工模拟计算分析时，不仅局限于结构自重，还需要对预应力、温度作用等均应进行考虑。

3 模型分析

对于现有的研究主要是在竖向荷载作用下结构的内力和位移的分析，对于地震作用下水平方向的内力和位移研究很少。为验证施工阶段分析对结构动力作用的影响，本文通过建立2个模型运用Etabs有限元分析软件对其进行分析。

3.1 模型一

通过4层钢筋混凝土框架结构进行分析，模型如图4，分析前建立二种工况。工况一：结构只考虑一次加载的作用；工况二：按照精确模拟方法，将框架按层分为4组，分层施加荷载，进行施工阶段分析。工况建立完成后，再以各种工况为初始条件进行动力非线性分析。分析完成后通过查看结构最大层间位移角和层间剪力的变化，结果见表1、表2。

图4 4层混凝土框架结构模型(单位：m)

楼层工况 1层2层3层4层工况一0.614×10-31.061×10-30.873×10-30.511×10-3工况二0.611×10-31.054×10-30.864×10-30.505×10-3

表2 4层框架结构最大层间剪力 kN

通过分析可知，框架结构的最大层间位移角均发生在第2层，工况一作用下为1.061×10-3，工况二作用下为1.054×10-3；最大层间剪力均在基底层，工况一为384.36 kN，工况二为382.99 kN。通过比较可知，框架结构考虑一次加载时的动力分析结果大于逐层加载的结果，但二者结构未发生明显变化。

3.2 模型二

通过10层混凝土框筒结构进行分析，模型参数见图5，分析的工况同模型一。分析完成后结果见表3、表4。

图5 10层混凝土框筒结构模型(单位：m)

通过分析可知，框筒结构的最大层间位移角均发生在第6层，工况一作用下为0.571×10-3，工况二作用下为0.576×10-3；最大层间剪力均在基底层，工况一为1 347.9 kN，工况二为1 351.4 kN。通过比较可知，框筒结构考虑一次加载差时的动力分析结果小于逐层加载的结果，但二者结构未发生明显变化。

表3 10层框筒结构最大层间位移角

表4 10层框筒结构最大层间剪力 kN

4 结束语

(1)结构在竖向荷载下进行竖向位移、内力分析时需要考虑施工阶段的影响，而且还需要考虑材料的时变特性，比如材料的弹性模量的变化，混凝土的收缩徐变，温度作用以及基础沉降等等影响，设计人员在进行分析时需要根据现场实际合理选择影响因素。

(2)通过对4层框架结构和10层框筒结构进行动力弹塑性分析，最大层间位移角和最大层间剪力均发生在同一楼层，未发生变化。4层框架结构考虑逐层加载产生的动力效应影响比一次加载偏小，但二者相差不大；10层框筒结构考虑逐层加载产生的动力效应影响比一次加载偏大，但二者相也不大。故结构在水平地震下弹塑性分析时对层间位移角和层间剪力的影响可以忽略。

[1] 夏心红.高层混合结构施工过程影响与动力性能研究[D].长沙:湖南大学，2007.

[2] 丁龙章.高层框架在恒载作用下的施工模拟计算[J].建筑结构，1985，15(5):5-12.

[3] 傅学怡.高层建筑结构垂直荷载下的施工模拟计算[J].深圳大学学报；理工版，2003，20(4):23-29.

[4] 方永明，韦承基，戴国莹.高层建筑结构施工模拟分析的剖析[J].上海铁道大学学报，1997，18(4):50-54.

[5] 周绪红，黄湘湘，王毅红，等.钢框架-钢筋混凝土核心筒体系竖向变形差异的计算[J].建筑结构学报，2005，26(2):66-73.

[6] 傅学怡，吴兵，陈贤川，等.卡塔尔某超高层建筑结构设计研究综述[J].建筑结构学报，2008，29(1):1-9.

中国青海省可可西里正式列入世界遗产名录

中国青海省可可西里7日在波兰克拉科夫举行的第41届联合国教科文组织世界遗产委员会会议(世界遗产大会)上获准列入世界自然遗产名录。至此，中国已拥有51处世界遗产。

当地时间7日15时13分许，大会主席一锤定音，中国青海省可可西里正式列入世界自然遗产名录。联合国教科文组织执行局主席沃布斯，菲律宾、秘鲁、芬兰、哈萨克斯坦等世界遗产委员会委员国代表，柬埔寨、德国、加拿大、法国等教科文组织会员国代表团团长等纷纷来到中国代表团席位前表示祝贺。

中国联合国教科文组织全国委员会秘书长杜越对新华社记者表示，可可西里申遗成功有非常重要的意义。在目前世界遗产名录中，可可西里平均海拔最高，超过4500米，是全世界非常稀有的高原，有着特殊的生态和特殊的生物多样性。可可西里也是目前中国面积最大、海拔最高、野生动物资源最为丰富的自然保护区之一。

青海省副省长韩建华对新华社记者说，可可西里是全世界受人类影响最小的区域之一，是藏羚羊、野牦牛等珍稀野生动物重要的栖息地。青海省将严格按照《保护世界文化和自然遗产公约》的相关要求，“像爱护我们的眼睛、呵护我们的皮肤一样保护好可可西里的生态环境”。

中国住房和城乡建设部城市建设司副司长章林伟对新华社记者表示，中国多年来在生态文明建设和遗产保护方面所做的工作得到国际认可。住建部将继续做好中国世界自然遗产的培育、申报和保护管理，保护好、利用好、传承好世界自然遗产。

世界自然保护联盟在评估报告中说，可可西里一望无垠，几乎没有受到现代人类活动的冲击，美景“令人赞叹不已”。这里保存着完整的藏羚羊在三江源和可可西里间的迁徙路线，藏羚羊可以不受干扰地迁徙。

可可西里位于青藏高原腹地，平均海拔4500米以上。可可西里申遗项目于2014年底正式启动，覆盖总面积约600万公顷，其中核心区面积约370万公顷，缓冲区面积约230万公顷。

摘自：新华社

周天义(1989～)，男，在读硕士研究生， 研究方向为工程结构。

TU311.3

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[定稿日期]2017-05-22