工程施工中建筑结构受力性能分析

工程施工中建筑结构受力性能分析

罗想华李英男

天津市天友建筑设计股份有限公司天津300000

摘要：当前分析并设计建筑结构时，一般都是用已经建成的结构为分析研究的对象，但是没有考虑到建设过程中各种应力对结构的影响，会导致分析的结果产生误差。不同的结构形式，不同特点的建筑质量也提出了越来越多的要求。质量的保证是建立在技术的基础上的。

关键词：工程施工；受力性能分析

当我们对建筑结构受力进行研究的时候，一般都是在建筑施工结束之后，对建筑结构进行性能分析，主要可以通过施加负载的方法。但是如今，这种方法说研究的对象比较少，主要有矩阵叠加法以及刚度矩阵以此形成加载分层法、还有平面简化手算法和修正分层法四种方法。现如今，建筑施工中实际的受力关系非常复杂，只通过施加一次负载很难与实际情况相符合。

一.建筑结构受力概念分析

建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系。对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加。竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。

与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。不同抗震等级，结构构件的内力增大系数和构造要求是不同的，对结构中某一构件，随着抗震等级的提高，其内力增大系数随之也增大，构造要求也更为严格，因此，实际上也提高了结构的安全度。

超限高层抗震性能目标，增大结构地震作用，实际上加大其构件的内力设计值，对构件的截面和配筋相应也加大，结构安全度也相应的提高。因此，不管采用提高结构抗震等级的手段还是设定抗震性能目标的方法，均可提高结构的安全度，这是它们的相同点，不同的地方在于出发点不同，手段不同，结果也有差异。超限高层建筑抗震性能目标与提高抗震等级之间的差异，首先，设定抗震性能目标，增大结构地震作用，加大其构件的内力设计值；而提高抗震等级通过放大构件内力的手段，从而达到加大构件截面和配筋。其次，设定抗震性能目标，可以通过结构的刚度关系，有目的地加大重要构件的内力设计值，而提高抗震等级，是普遍地提高其构件的内力设计值，目的性不是很明确。

二.国内外对施工中建筑结构的受力研究现状

近年来，经济飞速发展，工程建设也逐渐变得规模大、结构复杂，很多大型的钢结构及混合结构的复杂建筑物拔地而起，比如中央电视台新台址的主楼、浦东国际机场的航站楼、鸟巢等等。据国家有关部门的统计，我国的工程倒塌事故中有将近三分之二是在施工阶段发生的。技术人员探求其原因，发现这些建筑工程在设计的时候，没有考虑到施工时候的复杂情况，过多的吧注意力集中在未施工的设计阶段，这说明，曾经传统的施工方案已经无法满足现代建筑施工的需要了。

国外很多学者在对所有涉及建筑施工阶段的力学问题进行了很多的研究后总结出了力学分析的几点主要的目标：首先，需要对施工阶段中各个时期的内里和其引起的形变进行实时的测量分析，要保证在整个施工阶段中各个部件的承载处于一个合理的范围内，同时要保证足够的稳定性。还有一点就是要将施工时候的工程状态与实际时的数据与状态进行对比，分析得出施工对项目的具体影响，逐渐优化施工的方案，要保证工程的安全与稳定。

三.建筑结构受力分析的理论计算基础与有限元模型的建立

1建筑结构受力分析的理论计算基础

人们在土木施工中通常使用ETABS、ANSYS以及SAP2000等等技术来有效得建立一种有限元模型，用这种模型来模拟施工阶段，施工项目的内力变化。但是施工过程十分复杂，通常会发生很多难以预料的事情，人为因素或者是随机发生的问题都会对模拟研究的结果产生影响，使得这种方法有着很大程度上的不足。所以，这些方法是否适用还需要研究。

2有限元模型的建立

在建筑结构的分析中，需要通过构建有限元模型来解决。我们首先需要建立一个有梁和柱的单元，还有一个楼顶及屋盖的板单元等等在内的包括有建筑中的基础结构的单元。这些被称作为基础单元。我们开始空间结构的设计中，需要结合节电自由变化的程度，剪切所造成的影响的系数等等参数。我们通常采用了弹性薄板的理论来对我们说建立的基本单元进行模拟，而在考虑板单元弯曲的时候，只需要考虑节点力，但板单元发生形变的时候，面法线不变来处理等等方法来简化我们对实际施工阶段的分析。

四.常用的结构体系和一些结构的受力分析

1常用的结构体系

框架结构经常使用于建筑施工中，它属于柔性结构，其特点就是水平布置非常灵活多变，大部分适用于小高层一类的建筑物中。

剪力墙结构具有很好地空间性，它不会发生很大的形变，同时它没有外露突出的结构，所以能够非常有效得对空间进行使用，比较常见的运用于民用高层建筑物。但是他也有缺点，比如它无法提供很大的空间，导致了建筑空间布局有很大的局限性，并且它的刚度很大，自振的周期非常短，所以地震作用大，大规模运用经济性不好。所以，由剪力墙所组成的很多结构中，抗震能力都不强，建筑的高度受到了很大的限制。

2大跨度刚性结构的受力分析

大跨度刚性结构施工预变性的确定受多方面原因的影响，特别是结构安装过程以及施工时候的负荷。在实际操作的时候，结构成型时将会与设计方案有偏差，人们早就知道了在桁架拼装的时候需要有预起拱的过程，但是当我们在进行大跨度的钢结构施工时，由于跨度十分大，结构非常复杂，它所受到的的P-Delta效应的干扰也会增加，所以我们需要通过力学模拟等等来确定结构的实际情况，做好万全的准备，减少其对结构的影响。

目前，大跨度的钢结构的受力分析主要有支座位移法、千斤顶单元法、间隙单元法等等。支座位移法是将支座进行强制的位移来实现模拟，从而进行受力分析的。程序的实现十分简单，但是无法准确得模拟瞬时的变形力，模拟的准确性较差。千斤顶单元法是把ANSYS软件中的两个单元在一起并联，它们两个单元点的线位移可以随意的组合在一起，从而形成了一个新的单元。其中的LINK10单元可以提供无限大的可以模拟千斤顶作用的轴向刚度，而另一个单元BEAM4，可以模拟千斤顶的抗弯力。大跨度拱结构的建筑物有着非常复杂的结构组成，我们需要通过很准确的模拟分析，才可以结合实际对他的受力性能进行准确的分析。

结束语：总之，关于力学性能的分析不仅能提高施工的质量，还能节省材料的使用，提高安全性能，保障施工的合理性，在施工中做出一个合理的经济的设计具有长远的意义，在今后的施工中仍要对受力性能进行不断的探索。

参考文献：

[1]李良，高日.大跨预应力活性粉末混凝土张弦梁结构[J].建材技术与应用，2003（05）.

[2]姜正荣，王仕统，魏德敏.一维张弦梁结构预应力的取值方法[J].建筑科学，2007（07）.