現(xiàn)澆框架梁施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力分析

傳統(tǒng)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析采用的模型與實(shí)際施工過(guò)程不同：因?yàn)槭┕み^(guò)程中框架是逐層形成的；而傳統(tǒng)分析是采用已完成的完整框架作為模型。

文獻(xiàn)[1～2]考慮了施工過(guò)程逐層形成框架的情況，采用按形成的層數(shù)，逐個(gè)分析，然后疊加的方法，計(jì)算了框架各構(gòu)件的內(nèi)力并與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的方法分析結(jié)果做了比較，得出施工中產(chǎn)生的內(nèi)力影響比設(shè)計(jì)計(jì)算大的結(jié)論。但是，這些研究沒(méi)有考慮施工中配模數(shù)量的影響。

文獻(xiàn)[3]針對(duì)樓面采用預(yù)制板的情況，考慮框架形成過(guò)程，對(duì)內(nèi)力進(jìn)行了分析。計(jì)算模型上采用了框架結(jié)構(gòu)并將支架作為荷載傳力桿件，按照框架受力協(xié)調(diào)變形的約束條件進(jìn)行了受力分析并據(jù)此得出結(jié)論：施工過(guò)程中個(gè)別構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生較大內(nèi)力，有些構(gòu)件的內(nèi)力遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法計(jì)算的結(jié)果，需要引起足夠的重視。

本文擬在已有工作的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的內(nèi)力做進(jìn)一步的分析。

1 計(jì)算模型

一般地，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程是首層梁柱模板安裝、鋼筋綁扎、澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)，本層結(jié)構(gòu)層施工完成。

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

一個(gè)六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)[1]，配備的模板支架層數(shù)（以下簡(jiǎn)稱配模數(shù)，下同）為四層，那么上述的現(xiàn)象重復(fù)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(bǔ)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?yàn)樗推渖现Ъ艿雀鲗舆€是作為一個(gè)整體參與受力和變形。這時(shí)計(jì)算模型理想化為上部梁為剛體的單層框架，見(jiàn)圖1。

圖1 分析采用的計(jì)算模型

圖1看起來(lái)是幾何對(duì)稱的，但是它的材料性能并不對(duì)稱。所以首層柱由于其上剛體產(chǎn)生的軸向壓力不同，壓縮變形不同，在柱中產(chǎn)生彎矩。其上的荷載包括5層結(jié)構(gòu)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(shí)計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2 二層框架

拆除二層模板時(shí)，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(xiàn)在變成為框架梁，和它相連的下柱在計(jì)算時(shí)有彎矩，這樣梁柱節(jié)點(diǎn)就出現(xiàn)了不平衡彎矩，需要消除。把柱端彎矩反向施加到對(duì)應(yīng)的框架節(jié)點(diǎn)上作為外荷載考慮。

拆除三層模板時(shí)，其上僅有三層模板支架模型見(jiàn)圖3。

圖3 三層框架

此時(shí)六層框架結(jié)構(gòu)已封頂，沒(méi)有新的結(jié)構(gòu)層繼續(xù)向上施工。因此其上僅有4層結(jié)構(gòu)自重和3層支架自重，無(wú)施工活荷載。

拆除四層和五層框架類同。其上僅有三、二層結(jié)構(gòu)自重和二、一層支架自重，無(wú)施工活荷載。

六層框架拆除時(shí)，其上已無(wú)支架，剛體也就不存在了。見(jiàn)圖4。

圖4 6層框架計(jì)算模型

框架施工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)力是上述各框架受力計(jì)算結(jié)果的疊加。

2 配模數(shù)量對(duì)內(nèi)力的影響

一般建筑中，框架結(jié)構(gòu)層的施工時(shí)間多為7～10 d左右，過(guò)早拆模會(huì)影響混凝土的質(zhì)量；特別是框架結(jié)構(gòu)，一般跨度較大，要求混凝土同條件達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度方可進(jìn)行拆模。

以4層配模和3層配模為例，分析內(nèi)力變化情況。如果按7 d或10 d一層的施工進(jìn)度，實(shí)際上相當(dāng)于21 d拆模或14 d拆模。這種安排，在華北大部地區(qū)非冬期施工季節(jié)，不需要采取特別措施，均可滿足拆模條件。

模板配備數(shù)量不僅是進(jìn)度安排問(wèn)題，也是經(jīng)濟(jì)和安全問(wèn)題；同時(shí)對(duì)施工期間框架中產(chǎn)生的內(nèi)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(dá)到28 d模量的80%以上[5]，所以計(jì)算忽略了時(shí)間對(duì)彈性模量的影響，均按設(shè)計(jì)模量計(jì)算。

按照上述計(jì)算模型，對(duì)文獻(xiàn)[1]采用的6層框架實(shí)例進(jìn)行了力學(xué)分析，荷載及組合取值按照文獻(xiàn)[4]。分析結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 不同配模數(shù)產(chǎn)生的柱端彎矩的比較

表2 不同配模數(shù)產(chǎn)生的梁端彎矩值的比較

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

表2結(jié)果表明，兩者的計(jì)算誤差不大?？紤]到計(jì)算模型的不確定性，可以認(rèn)為，就本例3層配模與4層配模施工過(guò)程在構(gòu)件中產(chǎn)生的彎矩而言，誤差不大，可不予考慮。

3 與傳統(tǒng)分析結(jié)果的比較

為了有可比性，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法采用的荷載和建議模型計(jì)算時(shí)取值一致，僅考慮結(jié)構(gòu)自重。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和按照上述模型計(jì)算的4層配模施工過(guò)程中產(chǎn)生的柱彎矩計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 與傳統(tǒng)方法彎矩計(jì)算結(jié)果的比較

續(xù)表3

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

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

兩種計(jì)算方法對(duì)柱端彎矩的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果的比較

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)施工過(guò)程的內(nèi)力分析結(jié)果可以看出，配模數(shù)量對(duì)內(nèi)力影響不大；施工過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)力和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析計(jì)算的彎矩只在中柱相對(duì)差異較大，但是數(shù)值較小，可以忽略不計(jì)。

這表明，施工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)力與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的偏差并沒(méi)有過(guò)去一些文獻(xiàn)給出的那么大，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的計(jì)算結(jié)果是可靠的。