摘 要:PKPM 程序是由中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件。在豎向力計(jì)算控制參數(shù)上,SATWE給出了五種不同的加載方式,分別是1、不計(jì)算恒活荷載,2、一次性加載,3、模擬施工加載一,4、 模擬施工加載二, 5、模擬施工加載三。五種不同的豎向荷載加載方式適用于不同的結(jié)構(gòu)。結(jié)合工程實(shí)際,就這五種不同的加載方式的適用范圍闡述進(jìn)行分析。 

  關(guān)鍵詞:豎向荷載加載方式; 模擬施工加載; 豎向變形    

  中圖分類(lèi)號(hào):TU413.4 

  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 

  1結(jié)構(gòu)變形的形成過(guò)程   

  結(jié)構(gòu)的豎向荷載由恒載與活載兩部分組成。對(duì)于多層結(jié)構(gòu),豎向荷載引起的豎向變形很小,而對(duì)于高層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),其活載都較小,僅占豎向荷載的10%~15%,大體上與施工荷載相當(dāng)。在豎向荷載作用下,高層結(jié)構(gòu)的變形基本上是在施工過(guò)程中逐層形成的。在施工過(guò)程中,由于逐層找平的原因,在某一層加載,該層及其以下各層的變形不受該層以上各層的影響,而且也不影響上面各層,其結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的變形在施工過(guò)程隨著結(jié)構(gòu)能不斷增加而增加。 

  現(xiàn)行PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)施軟件設(shè)置了五種不同的加載模式,其基本假定有: 

  1、不計(jì)算豎向力:顧名思義,這種加載方式是沒(méi)有考慮豎向荷載的作用,只考慮水平荷載(主要是風(fēng)荷載和地震荷載)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。 

  2、一次性加載:這種加載方式是先假定結(jié)構(gòu)整體剛度已經(jīng)存在,然后將荷載一次性添加。這種計(jì)算模式是沒(méi)有考慮施工中的逐層找平。 

  3、模擬施工加載一:假定在某一層加載時(shí),該層及其以下各層的變形受其上各層剛度的影響,引入這一假定后,用圖1近似表示。 

  4、模擬施工加載二:就是在“模擬施工加載一”的基礎(chǔ)上,將豎向構(gòu)件(柱)的剛度增大10倍的情況下再按“模擬施工加載一”的情況進(jìn)行計(jì)算。 

  5、模擬施工加載三:是按照變形形成過(guò)程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,剛度和荷載均采用逐層疊加。這種計(jì)算模式是最接近于實(shí)際變形形成過(guò)程的一種計(jì)算方式。    

  2結(jié)合實(shí)際工程示例   

  以《盛大●西城天下5#》主體結(jié)構(gòu)計(jì)算為例:其主體為30層框架剪力墻結(jié)構(gòu),平面柱網(wǎng)、剪力墻布置如圖2所示。 

  在其他條件均相同的情況下,只是改變豎向荷載加載方式時(shí),對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。 

  1、對(duì)基礎(chǔ)的影響:KZ1、KZ2與筒體B的軸力比較見(jiàn)表1 

  比較表1的結(jié)果,可見(jiàn)采用不同的豎向荷載加載方式時(shí),對(duì)傳到基礎(chǔ)的軸力有很大的影響。 

  2、對(duì)上部構(gòu)件的影響:(因模型太大,僅取8~14層的構(gòu)件進(jìn)行比較) 

 。1)采用不同的豎向荷載加載方式時(shí),KZ2與筒體B相連的框架梁在8~14層的彎矩變化如圖3,剪力變化如圖4: 

  比較圖3、4的結(jié)果,采用不同的豎向荷載加載方式時(shí),梁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果均不同。尤其是采用“模擬施工二”計(jì)算時(shí),其彎矩與剪力與其他幾種加載方式的計(jì)算結(jié)果完全反向。 

 。2)采用不同的豎向荷載加載方式時(shí),KZ1與筒體B相連的框架梁在8~14層的彎矩變化如圖5,剪力變化如圖6。 

  比較圖3~6的結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用不同的豎向荷載加載方式時(shí),對(duì)梁內(nèi)力有很大的影響,且越是靠近剪力墻的柱和梁其影響越大。因此對(duì)于高層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),選用不同的豎向荷載加載方式將直接影響到計(jì)算結(jié)果的正確性。   

  3五種不同的加載模式的區(qū)別及適用范圍   

  3.1不計(jì)算豎向力:這種計(jì)算方式與其它四種計(jì)算方式的區(qū)別是沒(méi)有考慮豎向荷載效應(yīng)。它主要用于對(duì)水平荷載效應(yīng)的觀察和對(duì)比等。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)7.3.11-3條規(guī)定:“當(dāng)水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)值占總彎矩設(shè)計(jì)值的75%以上時(shí),框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度可按公式7.3.11-1和公式7.3.11-2計(jì)算結(jié)果的較小者取值”。因此,在判斷水平荷載產(chǎn)生的彎矩與總彎矩的關(guān)系,合理調(diào)整柱計(jì)算長(zhǎng)度時(shí),可以選取此種計(jì)算模式。    

  3.2“一次性加載”:這種計(jì)算方式與“模擬施工1~3”計(jì)算方式的區(qū)別在于前者是一次性加載,而后者是逐層加載。對(duì)于多層結(jié)構(gòu),采用一次性加載和逐層加載計(jì)算時(shí)的豎向變形基本相同,且施工中的層層找平對(duì)多層結(jié)構(gòu)的豎向變形影響很小,特別是對(duì)于上部結(jié)構(gòu)施工完后,下部結(jié)構(gòu)才拆模的工程,采用“一次性加載”的計(jì)算方式更接近于結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況。對(duì)于高層結(jié)構(gòu),采用一次性加載和逐層加載計(jì)算時(shí)的豎向變形有著明顯的不同,其豎向變形的差異導(dǎo)致了由豎向變形引起的上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的變化很大,而顯然逐層加載的計(jì)算方式更符合實(shí)際情況,因此,在計(jì)算高層結(jié)構(gòu)時(shí)不應(yīng)采用一次性加載。 

  3.3 “模擬施工1~3”:這3種計(jì)算方式考慮的都是逐層加載。“模擬施工1、3”的區(qū)別僅僅在于計(jì)算時(shí)形成的剛陣不同。“模擬施工1”是按照?qǐng)D4進(jìn)行剛陣分析,而“模擬施工3”是按照?qǐng)D2進(jìn)行剛陣分析。比較圖2和圖4,顯然“模擬施工3”的計(jì)算方式更接近與實(shí)際情況。“模擬施工2”是通過(guò)將柱的剛度放大10倍,而剪力墻的剛度不放大,來(lái)減小因柱與剪力墻剛度相差太大造成的變形差。由于柱的剛度放大,使得支承于柱與剪力墻的水平梁兩端的豎向位移差減少,從而增大了靠近柱一端的剪力,減小了靠近剪力墻一端的剪力,使得柱與剪力墻的軸力變化很大(如表2所示)。采用這種方法進(jìn)行計(jì)算缺乏理論依據(jù),將柱剛度人為放大10倍,帶來(lái)了如何控制柱軸壓比等一系列問(wèn)題,與實(shí)際情況不相符。考慮到實(shí)際施工時(shí),因剛度不均造成的豎向位移差事實(shí)上是存在的,因此用“模擬施工3”計(jì)算出來(lái)的構(gòu)件受力狀態(tài)更接近于實(shí)際情況。    

  參考文獻(xiàn): 

  [1] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范. 

  [2] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程. 

  [3] SATWE用戶(hù)手冊(cè)及技術(shù)條件.PKPM系列.