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24指定施工次序计算 -2016.6

发布时间:2016-06-27



指定施工次序计算

这里讲的指定施工次序计算是指在计算恒荷载时,考虑施工次序的计算,是否考虑施工次序,考虑不同的施工次序对恒载效应的计算结果常有较大的影响。

《高规》5.1.8高层建筑结构在进行重力荷载作用效应分析时,柱、墙、斜撑等构件的轴向变形宜采用适当的计算模型考虑施工过程的影响;复杂高层建筑及房屋高度大于150m的其他高层建筑结构,应考虑施工过程的影响。

合理确定施工次序不仅符合实际要求,而且减少构件的计算受力

国内常用软件考虑施工次序的功能有一定的局限,它提供的施工模拟3计算就是这里讲的内容之一,施工模拟3假定每个楼层为一个施工次序。它提供的施工次序只能限于这一种,因此难于应对常见的多种情况。

YJK除了提供施工模拟3计算方式之外,还提供对任意构件指定施工次序的功能,从而使施工模拟计算适应大部分应用。同时,YJK对施工模拟3本身,做了避免用户应用失误的若干自动处理。

施工模拟3的基本概念

在计算参数中,提供处理恒载计算的3种算法:一次性加载、施工模拟1、施工模拟3

1. 模拟施工1

模拟施工1采用一次集成整体刚度、分步加恒载的模型,只计入加载施工步及以下的节点位移量和构件内力,来近似模拟考虑施工过程的结构受力。

模拟施工1的模型和加载模式

可以看出,模拟施工1是一种近似的处理方式,是对效率和精度的折衷。由于只需形成一次结构刚度矩阵,在计算机解题能力受限时,既能在一定程度上模拟施工加载的变形效果,同时又不会对计算效率造成太大影响。

2. 模拟施工3

模拟施工3采用了分层刚度分层加载的模型,这种方式假定每个楼层加载时,它下面的楼层已经施工完毕,由于已经在楼层平面处找平,该层加载时下部没有变形,下面各层的受力变形不会影响到本层以上各层,因此避开了一次性加载常见的梁受力异常的现象(如中柱处的梁负弯矩很小甚至为正等)。这种模式下,该层的受力和位移变形主要由该层及其以上各层的受力和刚度决定。

用这种方式进行结构分析需要形成最多N(总施工步数)个不同结构的刚度阵,解N次方程,计算量相应增加。

模拟施工3的刚度和加载模式

3.用户指定楼层施工次序

在计算前处理设置了楼层施工次序定义,可通过参数或者表格形式修改软件默认形成的楼层施工次序。

用户在参数定义中可设置每隔几层作一次刚度生成和加载。

用户自定义构件施工次序

前处理设置了构件施工次序菜单可以由用户指定任意构件的特定施工次序。

软件自动进行的施工次序是按照楼层顺序指定的,这里可将某些构件设置为不按照楼层顺序施工,而按照用户设定的次序施工。用户需输入施工次序号,然后鼠标点取指定采用该顺序号的构件。

1. 某工程指定斜撑在所有楼层主体完工后安装

示例为某带斜撑楼层,如果用户为了减少斜撑的截面尺寸,只让它承担抵抗水平力、减少楼层侧移的作用,则可以指定所有斜撑在全楼主体完工后安装。因为全楼主体完工后,恒载主要变形已经完成,这是组装上去的斜杆就不再承受恒载。

因为全楼共7层,软件自动生成的楼层施工次序是逐层向上施工,每个楼层上所有构件的施工次序就是它所在的楼层号。因为斜撑需要在7层施工完成后才安装,我们可以将所有斜撑构件的施工次序改为8。在计算前处理的楼层属性菜单下,用构件施工次序菜单完成操作。设置完施工次序后,可在计算简图菜单下的施工次序动画下查看。

我们分别按照指定斜撑施工次序和不指定斜撑施工次序计算,并对比两者的计算结果。我们用1层的斜撑构件,对比两种算法的内力如下图。

对斜杆指定施工次序8的概念,就是指定斜杆在全楼的7层都完工后再安装斜杆。对比斜杆随着楼层同时施工的计算结果,在恒载下斜杆的轴力从-412降到-11-11表明该斜杆只承担自重,不再承担上部结构传来的恒荷载,因为当斜杆安装时,恒载的整体变形已经完成,后安装的斜杆不再受力。

但是,从结果看出,两种施工次序下其它荷载工况的计算结果相同,说明虽然该斜杆不承受恒荷载,但不影响它在地震、风、活等荷载工况下的作用。

2. 带加强层工程指定施工次序实例

《高规》11.2.7:当布置有外伸桁架加强层时,应采取有效措施减少外框柱与混凝土筒体竖向变形差异引起的桁架杆件内力

《广高规》11.3.2-5:宜考虑核心筒与外框架施工过程在重力荷载作用下变形差的影响。可采用后施工伸臂桁架腹杆、伸臂结构先与柱铰接,待主体结构完成后再与柱刚接等方法来减少其影响。

常有项目需要考虑特定的施工次序,如混凝土核心筒外的钢框架,其钢框架施工次序常滞后于核心筒;又比如在设置加强层结构中,其伸臂桁架常在上面多个楼层完工之后才安装。在恒载计算中,考虑这种结构特定施工次序可使它们避免突变的、异常大的计算结果,与实际更相符合。

下图为某带加强层高层建筑,它的第304254层为加强层,需对加强层中的伸臂桁架设置合适的施工次序才能顺利进行设计。

截图07.png截图01.png

对图示加强层中的伸臂桁架推迟到十二层后再施工,消除部分附加二次应力

 

截图04.png

我们对30层的伸臂桁架各杆件设置施工次序为42,意味着这些杆件不在30层施工时安装,而是当楼层施工到42层时,才回到30层安装。同样我们对42层的伸臂桁架各杆件设置施工次序为54,对54层的伸臂桁架各杆件设置施工次序为66

我们分别按照指定斜撑施工次序和不指定斜撑施工次序计算,并对比两者的计算结果。我们用30层的某根斜撑构件,对比两种算法的内力如下图。

截图06.png

可以看出,对伸臂桁架指定施工次序后计算可减少杆件60-70%的轴力。对伸臂桁架按照楼层施工将使它受力太大,一般都必须调整它的施工次序

3. 高低跨交接处梁的配筋异常的处理

某工程在高低跨交接处梁的配筋出现异常,查到它的弯矩包络图异常,原因是恒载下这些梁的弯矩异常。

由于高层部分的荷载与低层部分的荷载相差较大,导致在高低跨交接处出现大的变形差,这种变形差导致高低跨交接处梁的弯矩出现如图所示的状况,按照正常的力学分析,这个弯矩是正常的,但在实际工程施工中,应考虑避免这种异常,一般都需要在高低跨交接处设置后浇带,后浇带在结构整体封顶后才施工。

在计算中可通过指定高低跨交接处梁的施工次序模拟后浇带的过程。该工程共22层,我们设置这些梁的施工次序为23

设置这样的施工次序后再计算,高低跨交接处的梁的弯矩基本正常。

自动判定连续加载层数的情况

一般情况按照楼层的施工次序是每次加载1个楼层,但在某些情况下需要对连续的2个或多个楼层连续加载,只加载1个楼层可能引起较大误差。避免人工未能修改施工次序造成计算异常

在以下几种情况下,程序可以自动判定连续加载的层数和次序。

转换层结构,根据用户指定的转换层所在层号,程序转换层和它上面的3层共同作为一个施工次序。这样做是根据转换层结构施工、拆模特点和保证转换梁的正确受力计算。

对于设置了跃层柱和跃层支撑的结构,程序自动将跃层柱或跃层支撑连接的几个楼层共同作为一个施工次序。

对于按照广义层建模的结构,考虑楼层的连接关系来指定施工次序,避免出现下层还未建造,上层反倒先进入施工行列的情况发生。

对于出现抽柱、悬挑的楼层,要将该层和它下面紧邻的楼层一起施工。

对于程序自动设置的加载次序,用户还可以在施工次序对话框中修改。

1. 梁托柱层

YJK自动判断梁托柱的楼层,并将该层与上层合并为一个施工次序,即连续2层为一个施工次序。

如图为梁托柱工程,YJK自动将12层合并为1个施工次序计算。

我们分别按照12层分开施工次序和12层合并施工次序计算,并对比两者的计算结果。对比两种算法的图示梁的内力如下图。

恒载下的梁的最大弯矩降低23%,最大剪力降低25%。其它工况不变。分层施工次序时梁超限,合并层施工次序计算结果正常。这是因为梁托柱层受力较大,合并层施工次序相当于用两个楼层的刚度共同承担梁托柱层的荷载,这也符合这样的楼层的拆模规律。

图示实例,用户问题问什么用原来软件算的第1层梁和柱的配筋,比YJK大很多?

1层柱配筋总面积(mm2)          原来软件                       YJK         相差(%)

                  主筋                       655190                        537216         -18.0%

       箍筋                        43102                         42934          -0.4%

1层梁配筋总面积(mm2)          原来软件                       YJK         相差(%)

        顶部                      1984313                       1313766         -33.8%

        底部                      1207644                       1139957          -5.6%

        箍筋                        36059                         34935          -3.1%

    超筋梁数                         7                             0

这是因为,1层存在梁托柱,YJK1-2层合并为1个施工次序

2. 悬挑梁托柱层

图示为悬挑梁托柱的楼层,YJK自动将23层合并为1个施工次序计算。

我们分别按照23层分开施工次序和23层合并施工次序计算,并对比两者的计算结果。对比两种算法的图示2层悬挑梁的内力如下图。

合并施工次序后,托柱悬挑梁的弯矩减少7%,剪力减少3%

3. 转换层

对于转换层结构,根据用户指定的转换层所在层号,YJK转换层和它上面的2层共3作为一个施工次序。这样做是根据转换层结构施工、拆模特点和保证转换梁的正确受力计算。

图示为转换层楼层,YJK自动将转换层和它上面2层合并为1个施工次序计算。

我们分别按照转换层和它上面2层分开施工次序与转换层和它上面2层合并施工次序计算,并对比两者的计算结果。对比两种算法的3根转换梁的内力如下图。

合并3层施工次序可使转换梁内力明显减少,这是因为转换梁层受力较大,合并层施工次序相当于用三个楼层的刚度共同承担转换梁层的荷载,这也符合这样的楼层的拆模规律。

4. 小结

一般用户应根据楼层上下的特殊情况,在计算前处理中手工修改楼层施工测序,进行合并或者拆分,但是实际工程中常见用户遗漏造成计算结果异常。YJK设置的这些自动处理为的是避免人工未能修改施工次序造成计算异常

4  64位下的施工模拟3的计算加速

一般情况下施工模拟3的计算比起恒载的其它算法选项要费时很多,YJK通过计算方法的改进,在64位操作系统下的施工模拟3的计算速度可得到较大提升,特别是当层数接近100层时可节省70%的计算时间。由于这种计算方法耗用较大的内存,目前限于在64位操作系统下使用。

 

 

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