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作者：張毅

1  模型及軟件設(shè)置

1.1結(jié)構(gòu)模型

  巨型鋼框架．預(yù)應(yīng)力拉索支撐結(jié)構(gòu)的平面尺寸為36m x36m，總高度為216m，共6個大層，每一大層均設(shè)置相連的巨型梁和巨型柱且懸掛不同層數(shù)的子結(jié)構(gòu)。巨型柱為格構(gòu)式，設(shè)置在結(jié)構(gòu)的四角，平面尺寸為6m x6m，通過柱間人字形支撐相連而成。巨型梁為立體桁架式，設(shè)置在每一大層的頂部，高為1子層層高4m。1~5大層中每層均懸掛7個子層，第6大層懸掛4個子層。子結(jié)構(gòu)通過吊桿吊掛在巨型梁層，吊桿與子結(jié)構(gòu)的樓層梁剛接，與巨型梁鉸接。所有樓面均采用壓型鋼板組合樓板，面層為80mm厚的C30混凝土。各構(gòu)件之間具體連接方式及尺寸參數(shù)。結(jié)構(gòu)平面及-榀模型如圖1所示。對上述結(jié)構(gòu)設(shè)計了施工方案，

如圖2所示：主結(jié)構(gòu)各大層逐層施工，主結(jié)構(gòu)施工完畢后從底大層逐層張拉預(yù)應(yīng)力拉索，待預(yù)應(yīng)力拉索全部張拉完畢后開始從底大層逐層吊裝子結(jié)構(gòu)。

1.2軟件設(shè)置

  運用SAP2000按上述施工方案對結(jié)構(gòu)進行模擬分析，荷載按表1進行施加，選用靜力非線性階段施工模塊，荷載工況類型為Static，分析類型選取非線性階段施工，考慮P-∆效應(yīng)。階段定義中共定義18個階段：第1～6施工階段的參數(shù)設(shè)置為大層框架的添加及對應(yīng)恒活荷載的添加，其中恒荷載的比例系數(shù)取1，活荷載比例系數(shù)取0.5；第7 ~12施工階段的參數(shù)設(shè)置為拉索的添加以及相應(yīng)預(yù)拉力的施加；第13~18施工階段的參數(shù)設(shè)置為子結(jié)構(gòu)恒活荷載的添加。因結(jié)構(gòu)為純鋼結(jié)構(gòu)，時間因素對其影響較小，故不考慮持續(xù)天數(shù)的影響。

2模擬施工過程加載結(jié)果

2.1結(jié)構(gòu)變形

  圖3為施工階段結(jié)構(gòu)整體的變形情況。由圖3可知，巨型柱隨結(jié)構(gòu)的施工尤其是子結(jié)構(gòu)的吊裝逐漸發(fā)生壓縮及彎曲變形。巨型梁隨主結(jié)構(gòu)的施工開始出現(xiàn)小幅下?lián)�，伴隨上一大層預(yù)應(yīng)力拉索的張拉，下?lián)蠝p小，待開始懸掛子結(jié)構(gòu)時，下?lián)显俅卧龃笾敝两Y(jié)束。

2.1．1  巨型柱主要節(jié)點z向位移

  巨型柱主要節(jié)點是指巨型梁樓層柱的上下節(jié)點，其z向位移能直接反映出巨型柱的軸向壓縮量。據(jù)模擬結(jié)果可知，各大層的變化規(guī)律相似，現(xiàn)選取第1大層巨型梁樓層柱外側(cè)柱肢上下節(jié)點的z向位移如圖4所示。由圖4可知，巨型梁樓層柱上下節(jié)點z負向位移在主結(jié)構(gòu)施工過程中逐漸增大，在各大層張拉拉索時小幅增加，而后隨子結(jié)構(gòu)的吊裝大幅增加直至施工結(jié)束。

2.1.2  巨型梁中點z向位移

  在該施工方案下，各大層巨型梁中點（上下弦）的z向位移如圖5所示�？芍�，各大層巨型梁中點z負向位移變化規(guī)律相似，即在主結(jié)構(gòu)施工時逐漸增大，在本大層拉索張拉時保持平穩(wěn)，當(dāng)上一大層拉索張拉時跨中撓度突然大幅減小而后基本保持不變，待底大層進行子結(jié)構(gòu)吊裝時又開始大幅增大直至吊裝結(jié)束。

2.2  巨型柱內(nèi)力

  選取巨型柱內(nèi)外側(cè)柱肢分別從軸力、剪力和彎矩3方面來對巨型柱的內(nèi)力變化進行分析。

2.2.1  巨型柱軸力

  圖6為巨型柱外側(cè)柱肢軸力在施工過程中的變化情況。由圖6可見，巨型柱外側(cè)柱肢的軸力轉(zhuǎn)折點分別在施工的第6和第12階段，即隨主結(jié)構(gòu)的施工，軸力逐漸增加，在逐層張拉拉索階段基本保持不變，而后從子結(jié)構(gòu)吊裝開始，軸力以較大斜率大幅增加。圖7為巨型柱內(nèi)側(cè)柱肢軸力在施工過程中的變化情況，整體與外側(cè)相似。兩者主要區(qū)別在于當(dāng)張拉本大層拉索時，內(nèi)側(cè)柱肢軸力有小幅增加，這主要是因為內(nèi)側(cè)柱肢受到了拉索的影響。

2.2.2  巨型柱剪力

  由軟件模擬結(jié)果可知巨型柱剪力的最大值集中在巨型梁樓層附近，且其各大層的變化規(guī)律相似，故以巨型梁樓層即第8小層為研究對象，選取第1和第6大層的數(shù)據(jù)如圖8所示。由圖8可知：第8小層內(nèi)側(cè)柱肢的剪力隨主結(jié)構(gòu)施工小幅增加，待張拉本大層和上一大層拉索時大幅減小，隨后基本保持不變，當(dāng)?shù)跹b本大層子結(jié)構(gòu)時剪力再次大幅增加直至施工結(jié)束；第8小層外側(cè)柱肢剪力則相對較小，總體隨施工進程小幅增加。

2.2.3  巨型柱彎矩

  每大層巨型柱彎矩的最大值出現(xiàn)在巨型梁樓層附近，且其各大層的變化規(guī)律相似，故以巨型梁樓層即第8小層為研究對象，選取第1和第6大層的數(shù)據(jù)如圖9所示，分析其內(nèi)側(cè)柱肢上下端彎矩在施工過程中的變化情況。由圖9可知，4處彎矩的整體變化規(guī)律較為相似，以內(nèi)側(cè)柱肢上端彎矩數(shù)值最大，其變化規(guī)律為：隨主結(jié)構(gòu)的施工，負彎矩數(shù)值逐漸增大，待張拉本大層（上一大層）拉索時數(shù)值大幅減小，而后保持不變，當(dāng)?shù)跹b本大層子結(jié)構(gòu)時，數(shù)值再次增大直至施工結(jié)束。

2.3巨型梁內(nèi)力

2.3.1  巨型梁剪力

  巨型梁剪力在終態(tài)下其最大值出現(xiàn)在梁柱交接處和巨型梁跨中部位，故分析上述部位剪力如圖10所示。1~5大層巨型梁剪力變化規(guī)律相似，整體可分為3個階段：第1階段至本大層拉索張拉完畢，除巨型梁下弦梁柱交接處剪力會緩慢增加外，其余部位剪力基本保持不變；第2階段則至拉索張拉完畢，此階段開始即上一大層拉索張拉時上下弦中點處剪力大幅增大，上下弦梁柱交接處剪力則大幅減小，隨后剪力基本保持不變；第3階段直至施工結(jié)束，此階段剪力變化緩慢。第6大層巨型梁剪力則在第2階段結(jié)束前基本保持不變，從底大層開始吊裝子結(jié)構(gòu)開始小幅增加，待本大層吊裝子結(jié)構(gòu)時大幅增加。

2.3.2  巨型梁彎矩

  由軟件模擬結(jié)果可知巨型梁彎矩的較大值出現(xiàn)在梁柱交接處及巨型梁跨中部位，特別是跨中拉索連接處。故分別在巨型梁上下弦選取上述點如圖11所示�？芍�，各大層巨型梁的彎矩整體變化規(guī)律與相對應(yīng)大層的剪力相似，故不贅述。

3結(jié)語

  1)在施工過程中，結(jié)構(gòu)的變形尤其是巨型梁跨中撓度會在張拉拉索和吊裝子結(jié)構(gòu)時發(fā)生突變，其中子結(jié)構(gòu)的吊裝增大了巨型梁跨中撓度，上一大層拉索的張拉則可大幅降低此值。

  2)巨型柱的軸力在施工過程中會逐漸增大；巨型柱的彎矩和剪力則會受到拉索張拉和子結(jié)構(gòu)吊裝兩方面的影響，其中拉索張拉能有效降低上述峰值，但子結(jié)構(gòu)的吊裝會大幅增加巨型柱的剪力和彎矩。   

 3)巨型梁內(nèi)力在施工過程中會受到上一大層拉索張拉和本大層子結(jié)構(gòu)吊裝兩方面的影響。其中拉索的張拉會改變連接處內(nèi)力符號，這也使得內(nèi)力最大值出現(xiàn)在拉索連接處，而子結(jié)構(gòu)的吊裝則會進一步增加巨型梁各部分的內(nèi)力。

4[摘要]主要分析了巨型鋼框架，預(yù)應(yīng)力拉索支撐結(jié)構(gòu)在給定的施工方案下，整個施工過程中結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的變化規(guī)律。結(jié)構(gòu)的變形尤其是巨型梁跨中撓度在張拉拉索和吊裝子結(jié)構(gòu)時會發(fā)生突變；巨型柱的軸力在施工過程中會逐漸增大，彎矩和剪力則會受到拉索較大影響；巨型梁內(nèi)力會受到上一大層拉索張拉和本大層吊裝子結(jié)構(gòu)較大影響。上述結(jié)論為此結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計和優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。