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摘要：由于施工顺序的不同，建筑物在施工工程中的受力状态会发生变化，为更好模拟实际施工过程中建筑物的结构受力状况，在本文中采用sap2000软件进行施工阶段的模拟，依据模拟结果并结合模拟过程中出现的问题对实际施工过程进行有效指导，为预制装配式低层钢结构住宅的装配施工提供理论依据。
关键词：SAP2000钢结构、住宅施工、模拟分析
1.引言
随着预制装配式钢结构住宅的建造技术在国外的大规模应用,目前在我国的一些大中城市开展了一些低层、多层和高层钢结构住宅试点工程。预制装配式钢结构因自身具有的工业化生产、标准化制作、抗震性能好、易拆除及重建、施工周期短、节省劳动力等众多优势，逐渐成为未来住宅体系的主流。
在预制装配式钢结构住宅的装配过程中，由于施工顺序以及加载条件的不同，用软件建立整体模型的结构分析结果和实际施工的建筑物的受力状况并不完全一致,这些误差产生的原因大致可分为两点：(1）对整个建筑物的模型同时施加荷载时，所施加的荷载会被传递到还未施工的上部楼层，这与实际施工条件不同；(2）在各施工阶段的施工荷载会导致竖向构件的不同收缩,通常的分析方法无法反映这种情况，由此会导致误差的存在。当结构构件的受力与变形存在较大变化时，实际情况与设计的初衷会存在差异，如果设计或施工时不注意解决这类误差，有可能降低结构的安全储备以致结构处于不安全的工作状态。
2.钢框架住宅施工模拟分析
结构的设计状态一般是根据一次成型状态进行的，未考虑施工过程中的施工顺序，然而在施工过程中，结构的刚度、构件的内力和变形、构件的边界条件、荷载的作用方式等都在不断的变化。在进行施工模拟过程中，本文基于施工顺序不同来定义荷载工况，模拟结构的实际状态，原理如图(1)所示。
图2结构平面布置图
该钢框架结构平面布置如图(2)所示，共四层，底层高度为4.1m，其余层高为3.3m。柱子采用变截面柱，截面尺寸为HW-250×250×9×14，HW-200×200×8×12，一层到三层的梁均采用HN-300×150×6.5×9，第四层横梁采HW-300×150×6.5×9，纵向边梁采用HN-200×100×5.5×8，其余采用圆管114×4,楼面采用120mm厚钢筋混凝土板，钢材为Q235B,混凝土强度等级为C30。
5.施工模拟说明
本文采用sap2000对该框架住宅进行施工模拟，即在相同自重荷载作用下，对一次性加载、钢框架与混凝土楼面交叉施工、框架结构施工完成后，再浇筑混凝土施工三种情况进行模拟。模拟过程中采用刚性楼板假定，将模拟结果进行对比，为施工过程提供建议。在sap2000模拟过程中，将有关构件指定到组，以组的方式逐层添加荷载。
5.1施工模拟过程
5.1.1一次性加载模拟过程如图(3)。
图5-3框架完工后第三层楼板施工模拟图5-4框架完工后第四层楼板施工模拟
5.2计算结果对比及分析
下列表格中分别列出了在三种不同的施工方式模拟下，各节点的竖向位移以及它们之间的相对比值。
表1①轴框架一次加载节点竖向位移单位：mm
注：Z0表示钢框架一次加载节点竖向位移值；Z1表示钢框架与楼面交叉施工节点竖向位移值；Z2表示钢框架施工完成后再分层浇筑混凝土节点竖向位移值。
5.3计算结果分析
从表4中可以看出在三种施工方式中，最大节点位移均出现在门架梁节点处，大约30mm左右。产生这种现象的主要原因是屋面做成门架的形式，其下部缺少柱子的支撑，承受弯矩较大，故产生的挠度较大。
从整体来讲，三种施工方式，柱子的节点位移从下到上依次增加，在最顶处达到最大。从表2可以看出，交叉施工相对一次性加载，整体上悬挑梁节点的竖向位移较大，柱子节点的竖向位移随逐层的施工逐渐减小。从表3可以看出，对于钢框架施工完成后再浇筑混凝土施工方式，悬挑梁节点竖向位移也较大，但柱子节点的竖向位移同一次性加载几乎没有差异。产生这种现象的原因是，在分层施工过程中整体刚度不是逐渐形成，而是随着施工的进行慢慢的形成的，而且浇筑的混凝土楼面，有利于增大了框架的整体刚度。
由于在分层施工过程中悬挑梁节点位移变化稍大，在施工过程中应尤其注意。虽然在框架中门架梁节点竖向位移在规范允许范围内，但在施工过程中也不能忽略，因为该挠度的产生是当施工到屋面在门架梁节点突然间产生的，因此在施工过程要充分考虑到这种变形，以保证在施工过程中的安全。
虽然三种加载方式，最终位移相差不大，但设计和施工并非完全相同的。设计主要考虑结构完全建成后的整体结构的效应，而施工需要考虑在施工过程中，结构所承受的载荷。因此不能忽略在逐层施工过程中所产生的效应。由于顶层梁跨中挠度突然变大，在施工过程中应采取一些临时施工措施以防施工事故的发生。在施工悬挑梁时，应注重梁节点的连接，在浇筑混凝土楼面时，尤其到顶层时，在结构薄弱部位应进行加固。
表5框架柱子的轴力单位：KN
从表5中可以看出，柱子整体所受轴力偏小，边柱轴力相对较大，但在模拟的三种施工方式中，柱子的压缩变形均较小，因此在三种施工方式中，柱子的压缩变形可以忽略，在施工过程中也不需要调整下料长度。
6.结语
综合上述分析，建议在现场采用交叉施工方式。在此种施工作业，中柱顶部弯矩偏大，边柱顶部弯矩偏大。中柱底部弯矩偏小，边柱底部弯矩偏小。原因是结构在施工过程中，随着框架层数的不断累积，结构也与其产生相应的内力和变形，但这种内力和变形不会直接影响到上面未建成的结构，即下层结构的荷载对上层结构的内力与变形没有影响，且未建成的上层结构也不会对结构整体刚度做出贡献。此外，此施工方式整体节点位移偏小，而且逐层施工时对柱子有力，施工过程简单、方便。与钢框架完成后再浇筑混凝土施工方式相比，后者在浇筑混凝土楼面时还须注意上部钢框架的影响。在交叉施工中，中柱顶部弯矩偏大，边柱顶部弯矩偏大。中柱底部弯矩偏小，边柱底部弯矩偏小。
虽然此结构仅为四层的简单框架结构，但在模拟过程中，也可以看出施工过程并非是一个简单的过程，本文仅仅模拟的是结构在自重荷载作用下，结构杆件的内力和变形，但在施工现场有众多的因素需要考虑，例如，材料的堆放，构件的吊装，支架的搭建等，其因素的影响也是相当大的，因此在施工过程中不能忽视。
参考文献：
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