框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用探析

任國(guó)柱 秦冬欣

摘要：隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)和建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型，綠色制造不再局限于工業(yè)和制造業(yè)。建筑業(yè)現(xiàn)代化是中國(guó)建筑業(yè)擺脫勞動(dòng)力短缺、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和事故等問(wèn)題的必由之路，對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，我國(guó)裝配式建筑尚處于概念發(fā)展和施工技術(shù)探索階段。本文以某小區(qū)為實(shí)際背景，利用ANSYS和SAP2000軟件對(duì)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)在整個(gè)施工過(guò)程中局部剪力墻和整體剪力墻的受力和變形，為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：剪力墻;建筑施工;應(yīng)用

1.建筑工程現(xiàn)代化

框架剪力墻一般被稱為框剪結(jié)構(gòu)，這是一種框架與剪力墻共同組合的承重體系結(jié)構(gòu)。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中，會(huì)采取在框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中布置相當(dāng)數(shù)量的剪力墻，使其形成一個(gè)十分自由靈活的空間，以此來(lái)滿足不同的建筑功能需求。框剪結(jié)構(gòu)是目前建筑行業(yè)中一種比較先進(jìn)也是較為穩(wěn)定的建筑結(jié)構(gòu)，其可以根據(jù)建筑使用特點(diǎn)及使用需求對(duì)空間進(jìn)行自由靈活的改變，此種特點(diǎn)適合現(xiàn)今社會(huì)對(duì)建筑的要求[1]。

建筑業(yè)現(xiàn)代化通常是指通過(guò)大型工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代制造、運(yùn)輸、安裝和科學(xué)管理，在分散、低水平、低效率的手工業(yè)生產(chǎn)中取代傳統(tǒng)建筑業(yè)的生產(chǎn)方式。其主要生產(chǎn)方式是以構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)和裝配施工為主，以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、零部件化、施工機(jī)械化為特點(diǎn)，利用信息技術(shù)將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工集成到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中。實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、生命周期價(jià)值最大化的新型建筑生產(chǎn)方式的可持續(xù)發(fā)展。這也表明，在可持續(xù)發(fā)展的背景下，綠色建筑充分覆蓋了建筑業(yè)的現(xiàn)代化。組裝的建筑物不是工業(yè)化的整體，而是它的重要組成部分。當(dāng)前，建筑業(yè)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極響應(yīng)綠色節(jié)能高效的口號(hào)。為了提高建筑業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，組合建筑已成為一個(gè)新的探索階段。同時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)的施工也成為研究的重點(diǎn)[2]。

2.理論基礎(chǔ)

2.1要素技術(shù)

單元技術(shù)主要用于模擬焊接、開(kāi)挖分析等當(dāng)前結(jié)構(gòu)分析中的“單元的操作并不真正增加或刪除單元，而是改變單元的剛度矩陣”，在有限元分析中的基本思想是根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，一次性建立所有單元，然后參照實(shí)際施工過(guò)程，將所有要添加到后續(xù)加載步驟中的單元全部剔除“。最后，根據(jù)實(shí)際施工順序激活每個(gè)施工步驟對(duì)應(yīng)的元素，并適當(dāng)?shù)貞?yīng)用和刪除相應(yīng)的約束和加載。在此基礎(chǔ)上，對(duì)構(gòu)件在施工過(guò)程中的受力模擬進(jìn)行了仿真，并對(duì)結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的力學(xué)性能進(jìn)行了分析[3]。

2.2逐步建模技術(shù)

逐步建模技術(shù)的主要仿真原理是根據(jù)施工實(shí)際情況劃分施工步驟，并逐步建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。一步一步建模技術(shù)的原理還意味著，在整個(gè)施工過(guò)程的模擬過(guò)程中，獨(dú)立于施工步驟建立了有限元模型。在建立每個(gè)工況的完整模型后，應(yīng)重新執(zhí)行生死命令，并從第一個(gè)工況逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算，然后計(jì)算到所有工作條件（實(shí)際施工完成情況）完成為止。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際拼裝剪力墻的施工模式，結(jié)合實(shí)際工程剪力墻的安裝情況，進(jìn)行了簡(jiǎn)化仿真分析[4]。

3.有限元模型與數(shù)值分析結(jié)果

3.1施工過(guò)程分析模型

結(jié)構(gòu)施工仿真的關(guān)鍵是模型本身與實(shí)際結(jié)構(gòu)的一致性，包括模型的剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù);第二個(gè)關(guān)鍵是使模擬的施工過(guò)程與實(shí)際施工相一致。在傳統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中，忽略了層間水準(zhǔn)對(duì)豎向變形的影響，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)分析中采用一次加載法進(jìn)行施工荷載模擬。對(duì)于組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大區(qū)別是，考慮到現(xiàn)場(chǎng)裝配，構(gòu)件需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的完成涉及多個(gè)參數(shù)的影響。對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行完全等效模擬是非常困難的。在應(yīng)用軟件進(jìn)行Toperform結(jié)構(gòu)施工模擬時(shí)，一般在實(shí)際施工的基礎(chǔ)上作出適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，并考慮到主要因素，采用簡(jiǎn)化的方法進(jìn)行分析，以適應(yīng)實(shí)際情況[5]。

3.2兩層整體剪力墻施工模擬的數(shù)值結(jié)果

利用ANSYS的生死功能實(shí)現(xiàn)了部分剪力墻施工過(guò)程的模擬。此時(shí)，假定組合剪切強(qiáng)度已達(dá)到下一工序前的施工強(qiáng)度。采用ANSYS生死單元技術(shù)對(duì)部分剪力墻構(gòu)件的安裝過(guò)程進(jìn)行了模擬。不考慮接觸的瞬態(tài)效應(yīng)，可以得到構(gòu)件模型的應(yīng)力-應(yīng)變?cè)茍D。混凝土在表面中間區(qū)域和接觸面邊界區(qū)域的應(yīng)力值最大。第三道工序完成后，安裝上剪力墻。此時(shí)，第一剪力墻與底梁界面處的最大應(yīng)力值為5，7712.1 MPa，最大應(yīng)變值為0.430x10-3，對(duì)應(yīng)于最大值。影響力值為315765 MPa，最大等效斜率為0.129x10-3。第二剪力墻與下剪力墻接觸面的最大主應(yīng)力值為22592.5 MPa，最重要的應(yīng)變值為0.287×10-3。這些成分處于安全狀態(tài)[6]。

3.3組合剪力墻施工的數(shù)值模擬結(jié)果

由框架和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成的新的受力形式，所以它的框架不同于純框架結(jié)構(gòu)中的框架，剪力墻在框剪結(jié)構(gòu)中也不同于剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻。因?yàn)椋谙虏繕菍樱袅Φ奈灰戚^小，它拉著框架按彎曲型曲線變形，剪力墻承受大部分水平力，上部樓層則相反，剪力墻位移越來(lái)越大，有外傾的趨勢(shì)，而框架則有內(nèi)收的趨勢(shì)，框架拉剪力墻按剪切型曲線變形，框架除了負(fù)擔(dān)外荷載產(chǎn)生的水平力外，還額外負(fù)擔(dān)了把剪力拉回來(lái)的附加水平力，剪力墻不但不承受框架剪力墻荷載產(chǎn)生的水平力，還因?yàn)榻o框架一個(gè)附加水平力而承受負(fù)剪力，所以，上部樓層即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小，框架中也出現(xiàn)相當(dāng)大的剪力。這種結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力，因而廣泛應(yīng)用于高層辦公建筑和旅館建筑中。

在建筑施工之中，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)是鋼筋工程技術(shù)，是整個(gè)框剪結(jié)構(gòu)中的核心技術(shù)。在實(shí)際的施工過(guò)程中，要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對(duì)鋼筋的密度、厚度等多項(xiàng)基礎(chǔ)的物理性質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)選擇的不同工藝流程對(duì)所需材料的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)應(yīng)的選擇，如果沒(méi)有把好質(zhì)量關(guān)會(huì)直接影響到正題結(jié)構(gòu)技術(shù)的抗壓抗震的能力。

由于組合混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工技術(shù)尚處于探索和發(fā)展階段，各種施工技術(shù)尚未形成成熟的施工體系。本文對(duì)組合剪力墻的施工模擬進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化。結(jié)構(gòu)的施工模擬采用簡(jiǎn)化的盒式組合方式進(jìn)行施工模擬分析。隨著裝配式施工技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)實(shí)際施工過(guò)程對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)分析，有望為實(shí)際裝配提供更有效的依據(jù)。

結(jié)束語(yǔ)：

縱觀當(dāng)前我國(guó)框架剪力墻結(jié)構(gòu)工程施工現(xiàn)狀，還有很多疑難問(wèn)題尚未解決。這還需要我們進(jìn)一步對(duì)框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討和分析。

參考文獻(xiàn)：

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[4]張騰. 框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)分析[J]. 精品，2021（11）：156. DOI：10.12320/j.issn.1673-8756.2021.11.143.

[5]張鵬. 房屋建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)主體工程的施工技術(shù)探究[J]. 裝飾裝修天地，2021（4）：85. DOI：10.12257/j.1006-2122.2021.04.081.