【摘要】为减少建筑用地，各种高层建筑的建设更是随处可见，不同设计单位对建筑构件受力机理的认识、理解，以及设计方法都有各自的特点，所应用的理论也不统一。文章在已经掌握的技术与经验的基础上，从建筑的结构入手，利用SAP2000建立有限元模型，对逐层加载法模拟施工过程中建筑结构的受力性能进行了初步的研究。
【关键词】高层建筑;结构;混凝土;受力性
建筑企业进行工程项目风险管理是建立市场经济体制的需要，是建筑体制改革的重要组成部分，也是中国建筑市场顺利向外开放和中国的建筑业在国际建筑市场进一步发展、由大变强的必要前提条件。对建筑企业工程项目进行完善的风险管理，可以对项目所面临的各种风险实施有效的预控，尽可能减少风险的不利影响，甚至转化为有利影响，保障项目建设目标的顺利实现，获取最大的经济效益。土木工程项目管理是针对建设项目运行全过程所进行的管理。这一过程包含可行性研究、勘察、设计、施工等许多不同阶段，其中施工阶段(即从项目投标开始到竣工交付使用)的管理是整个工程项目管理的关键，其管理的好坏，对工程项目的质量、安全、进度、成本的控制将产生重要的影响。
1.建筑工程土建技术常见的问题
土建工程施工项目的质量问题主要表现在引发质量问题的因素复杂,从而增加了对质量问题的性质、危害的分析、判断和处理的复杂性。由此可见,即使同一性质的质量问题,原因有时截然不同。所以,在处理质量问题时,必须深入地进行调查研究,针对其质量问题的特征作具体分析。例如建构筑物的不正常沉降,地基的容许承载力与持力层不符;也可能是未处理好不均匀地基,产生过大的不均匀沉降等;土建工程施工项目质量问题,轻者影响施工顺利进行,拖延工期,增加工程费用;重者,给工程留下隐患。
2.国内外对施工中建筑结构的受力研究现状
目前对建筑结构的受力研究大多集中在建筑完成后，一次施加负载的方法进行各项性能分析研究.对于逐层加载的建筑结构受力研究还相对较少，主要有矩阵叠代法、总体刚度矩阵一次形成分层加载法、修正分层法和平面简化手算法.以上方法都是建立在刚性基础的简化平面上进行的分析，与日益复杂建筑结构施工中的实际受力状态不能很好相符.正确模拟施工过程，己成为建筑结构设计和分析中不需考虑的阶段。
2.1建筑结构受力分析的理论计算基础
建筑施工中受力分析的理论计算基础主要有有限元仿真分析、利用ANSYS建立有限元模型模拟施工过程受力、利用TBSA建立有限元模型模拟施工过程受力和利用SAP2000建立有限元模型模拟施工过程受力三种方法.由于施工过程复杂、人为影响因素多，通过仿真模拟施工过程的研究方法还存在一定的缺陷.本文通过SAP2000建立有限元模型，对逐层加载法模拟施工过程建筑结构的受力情况进行研究。
2.2建筑结构的SAP2000有限元模型的建立
构建建筑结构有限元模型，首先需要建立建筑结构的基本单元，包括梁、柱的空间杆单元，楼顶、屋盖的板单元，剪力墙的壳单元.空间杆单元的设计时，考虑每个结点位移的自由度，主惯性距、剪切影响系数、扭转惯性距等参数.板单元的模拟采用弹性薄板理论，对板单元的弯曲问题采用忽略板单元厚度方向的正应力，板内各点对中面无位移，板单元中面法线在形变发生后不变的处理方法简化板单元的受力分析，只考虑节点处的节点力、应变力、内力矩阵、物理矩阵和材料常数.对于单元楼，采用平板壳单元的分析模式进行设计。
3.建筑施工中几个特殊部位的裂缝分析
大体积基础混凝土板。
高层建筑中随着高度的不断增加，地下室愈做愈深，底板也愈来愈厚，厚度在3m以上的底板已屡见不鲜。高层建筑中基础底板为主要的受力结构，整体要求高，一般一次性整体浇筑。国内外大量实践证明，收缩因存在较强的地基或基础的约束而不能自由收缩。升温阶段快，混凝土弹性模量低，徐变的影响大，所以降温时产生的拉应力大于升温时产生的压应力。差值过大时，将在混凝土内部产生裂缝，最后有可能形成贯穿裂缝。为解决上述二类裂缝问题，必须进行合理的温度控制。混凝土温度控制的主要目的是使因温差产生的拉应力小于同期混凝土抗拉强度的标准值，并有一定的安全系数。为计算温差，就要事先计算混凝土内部的最高温度，它是混凝土浇筑温度、实际水化热温升和混凝土散热温度的总和。混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的3～7天。混凝土内部的最高温度可按下式计算：
最高温度＝T0+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O)
(1)式中：T0――混凝土的浇筑温度(℃)W――每m3混凝土中水泥(矿渣硅酸盐水泥)的用量(kg/m3)
F――每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)
Q――每kg水泥水化热(J/kg)
C――混凝土的比热
r――混凝土的密度
ξ――不同厚度的浇筑块散热系数
不同厚度的浇筑块散热系数
厚度(m) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ＞4.0ξ 0.23 0.35 0.48 0.61 0.73 0.83 0.95 1.0实测资料显示，当基础板厚大于2米时，上述公式的相对误差在0.1%～1.3%之间，在计算温差后，即可计算出降温阶段混凝土内部的温度应是混凝土的弹性模量(N/mm2)
α――混凝土的线膨胀系数(10-5/℃)
△T――温差(℃)
L――板长(mm)
β＝地基水平阻力系数(N/mm3)
／HE
H――板厚(mm) H＞0.2L时，取H＝0.2L
H(t，τ)…考虑徐变后的混凝土系数，
其中，t――产生约束应力时的龄期，τ――约束应力延续时间。
注意同期内由于混凝土收缩引起的应力应转化为当量温差，计入△T一并计算σ。
由(1)、(2)分析可知：为避免裂缝出现，主要是减少△T。可采用合理选用材料，降低水泥水化热，优化混凝土集料的配合比，控制水灰比，减少混凝土的干缩，具体控制措施见后。如有可能，减少浇筑长度L，增加养护时间减少降温速率以相应减少系数对控制贯穿裂缝也有一定的意义。
4.混凝土墙板结构受力性能分析
地下室墙板的裂缝产生与基础大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处，即混凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变，在水泥水化热产生的升温达到最高点以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点：一是墙板受到基础、外围楼板受到地下室外墙的极大约束，这种约束远大于桩基对基础的约束，产生贯穿裂缝的机率大。二是内墙板及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小，（下转第133页）（上接第208页）产生表面裂缝的机率小。四是养护困难，散热快、降温速率大，混凝土的松散徐变优势难以利用，在气温骤变季节尤应注意。在计算板内最大拉应力时仍可利用公式，但有以下几点应注意,长度取值应大于1.5N/mm3因为连接部位有较强钢筋约束；计算温差△T时，要考虑底板及外墙(兼作围护情况下)紧靠土体，受环境温差小，而被它们约束的墙板及周边楼板在施工过程中基本同外界温度同步变化。
5.结束语
目前高层建筑中已广泛使用C40～C60中高强混凝土，随着材料科学的迅速发展，C80～C120的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。高强混凝土由于其水泥用量大多在450～600kg/m3)，是普通混凝土的1.5～2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即大于普通混凝土，出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。
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