施工階段結構水平方向動力彈塑性分析

周天義， 王澤云， 汪義凡， 曾武鳳， 唐述涌

(西華大學土木建筑與環境學院，四川成都 610039)

施工階段結構水平方向動力彈塑性分析

周天義， 王澤云， 汪義凡， 曾武鳳， 唐述涌

(西華大學土木建筑與環境學院，四川成都 610039)

結構在進行施工階段受力分析時，更多的還是考慮在豎向荷載作用下結構的位移和內力變化情況。在水平方向，尤其在進行地震動力分析時，傳統的設計方法是將結構整體作為研究對象，實際上結構的剛度是在不斷變化的，因此有必要對結構進行水平方向的施工階段分析。文章基于有限元分析軟件Etabs，通過對4層框架結構和10層框筒結構，分別考慮在一次加載和逐層加載作用下進行動力彈塑性分析,比較不同初始工況作用下結構的最大層間位移角和最大層間剪力的變化來分析其對結構的影響程度。

一次加載； 施工階段； 模型； 分析； 彈塑性分析

結構進行水平方向動力彈塑性分析時通常以建成后的整體作為力學模型，考慮荷載一次性作用在構件上。實際上高層建筑在施工時是按照一定的施工順序完成的，結構上的荷載也隨著施工的順序，從下而上逐步作用在各個構件上。結構的剛度也隨著建造的過程慢慢變化，因此很有必要研究結構水平方向動力彈塑性分析考慮施工階段的影響。

1 施工階段荷載效應分析的方法

1.1 一次加載法

以往在進行荷載下的內力以及位移計算時采用這種方法，即把模型建成后一次作用全部荷載，計算模型如圖1所示。

圖1 一次加載法

1.2 近似模擬施工過程方法

這種方法是以結構整體作為研究對象，計算每一層的荷載效應時只考慮本層及以上所有層荷載效應在結構上的疊加，計算模型見圖2。

圖2 近似模擬施工過程法

1.3 精確模擬施工法

這種方法將結構整體按照施工階段進行劃分，每一個的剛度隨著施工階段的不同而變化，每一階段的荷載效應計算時只考慮頂層荷載的影響，此法計算出來的荷載效應更準確，計算模型見圖3。

圖3 精確模擬施工過程法

2 施工階段分析的研究情況

國內對施工階段的研究較早，主要的研究集中在計算方法的精確化和豎向位移的分析。丁龍章對一榀13層框架結構進行軸向變形計算時，通過位移差的比較，建議高層結構應采用施工階段分析。李丹等人運用圖2所示的近似法來編制計算機程序并且對結構進行內力計算。隨后傅學怡提出了圖3精確計算方法，并對一榀2跨5層框架通過計算構件的軸力和彎矩來驗證該方法。方永明等人通過一簡單算例分別比較了在一次性荷載、近似施工加載和精確施工加載作用下框架結構的彎矩和軸力，通過內力分析更加直觀的意識到三者之間的差異。

周緒紅等人通過四個鋼框架核心筒的計算模型運用SAP 2000軟件間接對其進行模擬分析，在豎向變形計算時考慮收縮徐變、溫度作用以及構件節點位置的連接等多種影響工況，結果顯示三者引起的荷載效應很大。傅學怡等人對國外超高層鋼筋混凝土交叉外網筒結進行分析，認為在施工模擬計算分析時，不僅局限于結構自重，還需要對預應力、溫度作用等均應進行考慮。

3 模型分析

對于現有的研究主要是在豎向荷載作用下結構的內力和位移的分析，對于地震作用下水平方向的內力和位移研究很少。為驗證施工階段分析對結構動力作用的影響，本文通過建立2個模型運用Etabs有限元分析軟件對其進行分析。

3.1 模型一

通過4層鋼筋混凝土框架結構進行分析，模型如圖4，分析前建立二種工況。工況一：結構只考慮一次加載的作用；工況二：按照精確模擬方法，將框架按層分為4組，分層施加荷載，進行施工階段分析。工況建立完成后，再以各種工況為初始條件進行動力非線性分析。分析完成后通過查看結構最大層間位移角和層間剪力的變化，結果見表1、表2。

圖4 4層混凝土框架結構模型(單位：m)

樓層工況 1層2層3層4層工況一0.614×10-31.061×10-30.873×10-30.511×10-3工況二0.611×10-31.054×10-30.864×10-30.505×10-3

表2 4層框架結構最大層間剪力 kN

通過分析可知，框架結構的最大層間位移角均發生在第2層，工況一作用下為1.061×10-3，工況二作用下為1.054×10-3；最大層間剪力均在基底層，工況一為384.36 kN，工況二為382.99 kN。通過比較可知，框架結構考慮一次加載時的動力分析結果大于逐層加載的結果，但二者結構未發生明顯變化。

3.2 模型二

通過10層混凝土框筒結構進行分析，模型參數見圖5，分析的工況同模型一。分析完成后結果見表3、表4。

圖5 10層混凝土框筒結構模型(單位：m)

通過分析可知，框筒結構的最大層間位移角均發生在第6層，工況一作用下為0.571×10-3，工況二作用下為0.576×10-3；最大層間剪力均在基底層，工況一為1 347.9 kN，工況二為1 351.4 kN。通過比較可知，框筒結構考慮一次加載差時的動力分析結果小于逐層加載的結果，但二者結構未發生明顯變化。

表3 10層框筒結構最大層間位移角

表4 10層框筒結構最大層間剪力 kN

4 結束語

(1)結構在豎向荷載下進行豎向位移、內力分析時需要考慮施工階段的影響，而且還需要考慮材料的時變特性，比如材料的彈性模量的變化，混凝土的收縮徐變，溫度作用以及基礎沉降等等影響，設計人員在進行分析時需要根據現場實際合理選擇影響因素。

(2)通過對4層框架結構和10層框筒結構進行動力彈塑性分析，最大層間位移角和最大層間剪力均發生在同一樓層，未發生變化。4層框架結構考慮逐層加載產生的動力效應影響比一次加載偏小，但二者相差不大；10層框筒結構考慮逐層加載產生的動力效應影響比一次加載偏大，但二者相也不大。故結構在水平地震下彈塑性分析時對層間位移角和層間剪力的影響可以忽略。

[1] 夏心紅.高層混合結構施工過程影響與動力性能研究[D].長沙:湖南大學，2007.

[2] 丁龍章.高層框架在恒載作用下的施工模擬計算[J].建筑結構，1985，15(5):5-12.

[3] 傅學怡.高層建筑結構垂直荷載下的施工模擬計算[J].深圳大學學報；理工版，2003，20(4):23-29.

[4] 方永明，韋承基，戴國瑩.高層建筑結構施工模擬分析的剖析[J].上海鐵道大學學報，1997，18(4):50-54.

[5] 周緒紅，黃湘湘，王毅紅，等.鋼框架-鋼筋混凝土核心筒體系豎向變形差異的計算[J].建筑結構學報，2005，26(2):66-73.

[6] 傅學怡，吳兵，陳賢川，等.卡塔爾某超高層建筑結構設計研究綜述[J].建筑結構學報，2008，29(1):1-9.

中國青海省可可西里正式列入世界遺產名錄

中國青海省可可西里7日在波蘭克拉科夫舉行的第41屆聯合國教科文組織世界遺產委員會會議(世界遺產大會)上獲準列入世界自然遺產名錄。至此，中國已擁有51處世界遺產。

當地時間7日15時13分許，大會主席一錘定音，中國青海省可可西里正式列入世界自然遺產名錄。聯合國教科文組織執行局主席沃布斯，菲律賓、秘魯、芬蘭、哈薩克斯坦等世界遺產委員會委員國代表，柬埔寨、德國、加拿大、法國等教科文組織會員國代表團團長等紛紛來到中國代表團席位前表示祝賀。

中國聯合國教科文組織全國委員會秘書長杜越對新華社記者表示，可可西里申遺成功有非常重要的意義。在目前世界遺產名錄中，可可西里平均海拔最高，超過4500米，是全世界非常稀有的高原，有著特殊的生態和特殊的生物多樣性。可可西里也是目前中國面積最大、海拔最高、野生動物資源最為豐富的自然保護區之一。

青海省副省長韓建華對新華社記者說，可可西里是全世界受人類影響最小的區域之一，是藏羚羊、野牦牛等珍稀野生動物重要的棲息地。青海省將嚴格按照《保護世界文化和自然遺產公約》的相關要求，“像愛護我們的眼睛、呵護我們的皮膚一樣保護好可可西里的生態環境”。

中國住房和城鄉建設部城市建設司副司長章林偉對新華社記者表示，中國多年來在生態文明建設和遺產保護方面所做的工作得到國際認可。住建部將繼續做好中國世界自然遺產的培育、申報和保護管理，保護好、利用好、傳承好世界自然遺產。

世界自然保護聯盟在評估報告中說，可可西里一望無垠，幾乎沒有受到現代人類活動的沖擊，美景“令人贊嘆不已”。這里保存著完整的藏羚羊在三江源和可可西里間的遷徙路線，藏羚羊可以不受干擾地遷徙。

可可西里位于青藏高原腹地，平均海拔4500米以上。可可西里申遺項目于2014年底正式啟動，覆蓋總面積約600萬公頃，其中核心區面積約370萬公頃，緩沖區面積約230萬公頃。

摘自：新華社

周天義(1989～)，男，在讀碩士研究生， 研究方向為工程結構。

TU311.3

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[定稿日期]2017-05-22