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1建立施工力學(xué)計(jì)算模型

通過(guò)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的調(diào)查研究，我們不難發(fā)現(xiàn)，在施建的整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，建筑結(jié)構(gòu)的邊界約束、載荷以及材料的整體剛度都在不斷地發(fā)生著變化。同時(shí)，在施工中產(chǎn)生的誤差同樣會(huì)造成位移發(fā)生改變，建筑初期結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生徐變，上層對(duì)下層結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形沒(méi)有任何約束作用，實(shí)際下層結(jié)構(gòu)就是上層結(jié)構(gòu)的一個(gè)支座。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)這一受力特點(diǎn)，我們采用超級(jí)有限元-有限元藕合的方法來(lái)對(duì)施工的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行模擬。如,我們利用超級(jí)元，也就是Ⅰ區(qū)，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)（我們稱為ST1）進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的分析，得到超級(jí)元與單元構(gòu)件之間關(guān)系，其中包括位移和內(nèi)力。接下來(lái)，我們按照有限元，或者說(shuō)是Ⅱ區(qū)，對(duì)建筑物的遞增構(gòu)件（ST2）進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。隨后我們?cè)冖駞^(qū)和Ⅱ區(qū)之間進(jìn)行藕合的協(xié)調(diào)工作，去完成在施工過(guò)程中不同條件下各個(gè)狀態(tài)位移與內(nèi)力的計(jì)算與分析，然后我們?cè)谝援?dāng)前的結(jié)構(gòu)ST3為起點(diǎn)，建立起一個(gè)新的超級(jí)元，新增構(gòu)件(ST2)按有限元(Ⅱ區(qū))，不斷重復(fù)以上操作，直到滿足我們需要。需要注意的是，遞增構(gòu)件的設(shè)置需要根據(jù)我們實(shí)際情況進(jìn)行，并不是每個(gè)遞增構(gòu)件對(duì)應(yīng)高層建筑的一層結(jié)構(gòu)，它可以由若干個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

2超級(jí)有限元-有限元藕合介紹

超級(jí)有限元，在一些教材與文章中也有稱作綜合有限元的，它是在反應(yīng)半離散以及半連續(xù)的結(jié)合法中一種比較新的方法。若按函數(shù)類(lèi)型進(jìn)行劃分，超級(jí)有限元基本分為一維、二維和三維3種。按構(gòu)件的類(lèi)型進(jìn)行劃分，它又分為析架、框架和剪力墻等系統(tǒng)。鑒于超級(jí)有限元的分析方式類(lèi)似，本文主要對(duì)框架分析進(jìn)行討論，主要研究它的三維超級(jí)元。首先，我們假設(shè)在一個(gè)遞增的構(gòu)件（Ⅱ區(qū)）當(dāng)中存在若干個(gè)構(gòu)件與超級(jí)元（Ⅰ區(qū)）相接觸，我們?cè)O(shè)定構(gòu)件個(gè)數(shù)為n，接觸面的面積為S，那么根據(jù)最小勢(shì)能原理，Ⅱ區(qū)中的n個(gè)構(gòu)件在接觸面上轉(zhuǎn)化為Ⅰ區(qū)的廣義自由度，可以用算式[K(t)]{δ}+[M(t)]{δ}={F(t)}來(lái)表示整個(gè)系統(tǒng)，其中剛度K與質(zhì)量陣M為時(shí)間t的函數(shù)。

3時(shí)變時(shí)的施工力學(xué)分析

在考慮時(shí)變的情況下，由于剛度的時(shí)變能夠引發(fā)內(nèi)部應(yīng)力的重新分配，因此，在某種程度上會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)分析造成一定的影響。在工程進(jìn)度不斷向前推進(jìn)時(shí)，部分構(gòu)件的內(nèi)力要比在忽略剛度時(shí)變時(shí)的內(nèi)力數(shù)值要大，需要在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中引起注意。我們也可以得出以下結(jié)論：

（1）在高層建筑結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)分析中，超級(jí)有限元-有限元藕合法是切合實(shí)際，十分可行的。由于該方法采用的是等參元位移的模式，因此該方法可以與其他的一些方法（比如有限條法、有限層法等）共同使用，其使用范圍包括任意外形建筑，并可以同時(shí)推廣到其他復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中去。

（2）隨著建筑高度的不斷增高，采用施工力學(xué)的方法與普通的力學(xué)方法之間對(duì)內(nèi)力分布的分析差異不斷增大，同時(shí)，在對(duì)剛度相對(duì)較小的框架構(gòu)件進(jìn)行分析時(shí)，施工力學(xué)分析方法的內(nèi)力值普遍較小，而剛度大的框架構(gòu)件，內(nèi)力值又偏大，甚至內(nèi)力的方向發(fā)生改變，其主要原因是在施工進(jìn)度推進(jìn)的過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力不斷進(jìn)行重新分配，作用力之間的約束減小而造成的?？梢?jiàn)，在普通的力學(xué)分析方法中，是不能得出此現(xiàn)象，容易造成施工安全隱患。

（3）在施工的過(guò)程中，混凝土的剛度和強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變化的，每個(gè)過(guò)程都存在不同剛度和強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體系，建筑內(nèi)力不斷發(fā)生重新分配現(xiàn)象，框架構(gòu)件的內(nèi)力變化會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的分析產(chǎn)生影響，必須予以重視。

4結(jié)語(yǔ)

從以上的論述我們可以看到，在對(duì)高層建筑進(jìn)行力學(xué)分析中，施工的過(guò)程對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響也很大，常規(guī)的計(jì)算分析方法沒(méi)能將施工的因素考慮到其中，容易造成事故，對(duì)施工力學(xué)的分析在高層建筑中極為重要，但如今仍很缺乏深入地研究，有待于我們進(jìn)一步地探討。

作者：戴劉毅單位：奇瑞地產(chǎn)有限公司