1 多层钢框架梁柱体系升板法施工工序
升板法施工是介于支模现浇混凝土施工和预制装配化施工之间的一种施工方法。用型钢梁柱代替钢筋混凝土梁柱,楼板在地面叠浇,在叠浇过程中采用栓钉与钢梁连接。这样可以加快施工速度,缩短工期,有效地避免了现浇混凝土楼板施工速度慢的缺点。一般的施工顺序是:在基础施工的同时在工厂定制钢柱;基础施工完毕,回填土后,即可进行柱的吊装就位,接着进行底层地坪施工。地坪是各层楼板和屋面板的预制台座,因此要求平整光洁。然后在地坪上相应位置放置钢梁,在钢梁上浇筑混凝土板,逐层进行;待各层预制板有适当强度后,即可在柱子上安装提升设备,将各层板提升到设计标高,钢梁与钢柱采用高强螺栓连接,并加以固定,形成梁柱框架体系。该方法无需加设柱帽,连接可靠,抗震性能好,且楼板均在地面施工,施工质量容易保证。
图1为升板法施工程序示意。
由于升板法施工的特殊工艺,升板结构具有其特有的问题。升板结构设计最显著的特点,是它必须分别对施工与使用两个阶段进行设计计算。现浇结构在设计时往往只按使用阶段考虑,一般并不在设计时专门验算其施工阶段的情况。升板结构在提升阶段,仅靠一根根相互独立的、细长的柱子来承受全部结构自重与施工荷载,同时还要受到水平风荷载等因素的作用,所以柱在提升阶段的稳定性必须予以重视,这是升板结构不同于一般钢框架结构之处,而且在提升过程中由于节点形式的不同,柱子的计算模型也在不断变化,但是由于升板绪构在其平
面内刚度极大,所以升板柱不会发生单根柱失稳,而是出现群柱失稳,整个体系的稳定性问题就成为升板结构研究的重点。
升板结构设计时,必须对升板法施工工艺有透彻的了解。采用计算机程序来分析钢框架施工过程的受力性能,应首先对整个施工过程编制提升顺序图,并在提升顺序图中判断出从提升过程的一个阶段变化到另一个阶段时的最危险位置,并将这些位置重新编制成提升过程受力控制阶段提升图。
传统升板法,一次只提升一块板。图2为3~6层钢框架结构用传统升板法提升时,提升过程图的编制过程,其中每半层高度位置处为板的临时搁置点。以三层升板为例,第1步将顶层楼板提升至半层高度,第2步为将顶层楼板提升至1层标高,第3步为将2层楼板提升至半层高度,第4步为将顶层
楼板提升至一层半高度,第5步是将2层楼板提升至1层高度,以此类推,共需12步完成。通过编制的受力控制图可知,只要计算机仿真在分析这些位置点时,柱的稳定性能满足,那么就可以保证整个群柱的稳定性能得到满足,因此确定施工顺序对于计算机模拟分析有着重要的意义。
2计算机仿真程序的编制
2.1 运用ANSYS中二次开发工具APDL语言编制仿真程序
本程序选取Beam 44作为分析昀基本单元,因为Beam 44支持单元结点约束的释放。这样在程序中通过对不同结点约束的释放,定义了3种单元类型,分别取1、2、3。对单元1两端结点位移和转角刚度均不释放,用以模拟梁单元中刚接的情况;对单元2释放其J端的z方向和y方向的扭转刚度,用以模拟梁单元右端铰接的情况;对单元3释放其端的z方向和∥方向的扭转刚度,用以模拟梁单元左端铰接的情况。当梁均按单元1划分完成后,梁上各单元将按默认设置首尾依次刚接,这样就无法模拟梁柱节点铰接的情形,因此,需要将梁两端的单元进行替换,梁左端替换为单元3,梁右端替换为单元2。这样既满足了两端铰接,又保证了梁内部的刚度,符合楼板在提升过程中临时搁置的状态。利用节点约束释放技术让梁柱之间有相同的变形协调性,便于研究梁柱框架整体的变形和受力。