現澆框架梁施工過程中結構產生的內力分析

傳統現澆框架結構設計分析采用的模型與實際施工過程不同：因為施工過程中框架是逐層形成的；而傳統分析是采用已完成的完整框架作為模型。

文獻[1～2]考慮了施工過程逐層形成框架的情況，采用按形成的層數，逐個分析，然后疊加的方法，計算了框架各構件的內力并與傳統設計采用的方法分析結果做了比較，得出施工中產生的內力影響比設計計算大的結論。但是，這些研究沒有考慮施工中配模數量的影響。

文獻[3]針對樓面采用預制板的情況，考慮框架形成過程，對內力進行了分析。計算模型上采用了框架結構并將支架作為荷載傳力桿件，按照框架受力協調變形的約束條件進行了受力分析并據此得出結論：施工過程中個別構件會產生較大內力，有些構件的內力遠超過傳統設計方法計算的結果，需要引起足夠的重視。

本文擬在已有工作的基礎上，對現澆框架結構施工過程中的內力做進一步的分析。

1 計算模型

一般地，現澆框架結構的施工過程是首層梁柱模板安裝、鋼筋綁扎、澆筑混凝土、養護，本層結構層施工完成。

需要注意的是，首層混凝土澆筑完成時，在混凝土未凝結硬化前呈流塑狀態，不具備強度和抵抗變形能力，所有荷載都加在其下的支架上，相應地支架在其上的荷載（自重+施工荷載）作用下發生變形。隨著混凝土的凝結硬化，模板支架和梁板混凝土形成一個整體。這個整體上有荷載作用時，變形是作為一個整體，而不單是混凝土梁板柱的變形。考慮到一般的模板支架縱橫向均采用鋼管，框架結構的層高均較高，抗彎剛度很大，可以認為是一個剛體。

一個六層鋼筋混凝土框架結構[1]，配備的模板支架層數（以下簡稱配模數，下同）為四層，那么上述的現象重復直到四層為止。第五層施工用的模板，需要拆除首層模板和支架，整理修補后用于五層。

首層模板拆除，作為原剛體的一部分就變成了框架，首層柱變成框架柱。只是首層梁板還是剛體的一部分，因為它和其上支架等各層還是作為一個整體參與受力和變形。這時計算模型理想化為上部梁為剛體的單層框架，見圖1。

圖1 分析采用的計算模型

圖1看起來是幾何對稱的，但是它的材料性能并不對稱。所以首層柱由于其上剛體產生的軸向壓力不同，壓縮變形不同，在柱中產生彎矩。其上的荷載包括5層結構自重和4層支架自重以及最上層的施工活荷載。

同樣地，拆除二層模板時計算模型見圖2。

圖2 二層框架

拆除二層模板時，由于該層梁原是剛體的組成部分，理論上忽略了它的彎矩，現在變成為框架梁，和它相連的下柱在計算時有彎矩，這樣梁柱節點就出現了不平衡彎矩，需要消除。把柱端彎矩反向施加到對應的框架節點上作為外荷載考慮。

拆除三層模板時，其上僅有三層模板支架模型見圖3。

圖3 三層框架

此時六層框架結構已封頂，沒有新的結構層繼續向上施工。因此其上僅有4層結構自重和3層支架自重，無施工活荷載。

拆除四層和五層框架類同。其上僅有三、二層結構自重和二、一層支架自重，無施工活荷載。

六層框架拆除時，其上已無支架，剛體也就不存在了。見圖4。

圖4 6層框架計算模型

框架施工過程中產生的內力是上述各框架受力計算結果的疊加。

2 配模數量對內力的影響

一般建筑中，框架結構層的施工時間多為7～10 d左右，過早拆模會影響混凝土的質量；特別是框架結構，一般跨度較大，要求混凝土同條件達到設計強度方可進行拆模。

以4層配模和3層配模為例，分析內力變化情況。如果按7 d或10 d一層的施工進度，實際上相當于21 d拆模或14 d拆模。這種安排，在華北大部地區非冬期施工季節，不需要采取特別措施，均可滿足拆模條件。

模板配備數量不僅是進度安排問題，也是經濟和安全問題；同時對施工期間框架中產生的內力也有影響；但是影響多大，需要有定量的分析。

混凝土彈性模量在7 d就達到28 d模量的80%以上[5]，所以計算忽略了時間對彈性模量的影響，均按設計模量計算。

按照上述計算模型，對文獻[1]采用的6層框架實例進行了力學分析，荷載及組合取值按照文獻[4]。分析結果見表1和表2。

表1 不同配模數產生的柱端彎矩的比較

表2 不同配模數產生的梁端彎矩值的比較

由表1可以看出：差值較大的都發生在中柱；從相對比值看誤差很大，甚至發生彎矩方向相反的情況；但是，絕對數值都不大，數值最大的發生在五層中柱，其上端計算彎矩29.62 kN·m。

表2結果表明，兩者的計算誤差不大。考慮到計算模型的不確定性，可以認為，就本例3層配模與4層配模施工過程在構件中產生的彎矩而言，誤差不大，可不予考慮。

3 與傳統分析結果的比較

為了有可比性，傳統設計方法采用的荷載和建議模型計算時取值一致，僅考慮結構自重。傳統設計方法和按照上述模型計算的4層配模施工過程中產生的柱彎矩計算結果見表3。

表3 與傳統方法彎矩計算結果的比較

續表3

和表1的結果類似，差值較大的彎矩都發生在中柱，從相對比值看誤差較大，甚至發生彎矩方向相反的情況。但是，從絕對數值看都不大，數值最大發生在六層中柱，其下端的計算彎矩為9.5 kN·m。

如表2的情況一樣，梁彎矩的計算比較結果表明，兩者的計算誤差不大，考慮到計算模型的不確定性，該誤差可以忽略。

兩種計算方法對柱端彎矩的計算結果見圖5。為便于查看，只顯示了左半部分的彎矩圖，右半部分類同。

圖5 與傳統方法計算結果的比較

4 結語

根據施工過程的內力分析結果可以看出，配模數量對內力影響不大；施工過程產生的內力和傳統設計方法分析計算的彎矩只在中柱相對差異較大，但是數值較小，可以忽略不計。

這表明，施工過程中產生的內力與傳統設計方法的偏差并沒有過去一些文獻給出的那么大，傳統設計方法的計算結果是可靠的。