作者:周胤呈
鉴定加固行业方兴未艾,使用盈建科软件鉴定加固模块的用户越来越多。由于部分用户之 前主要从事新建工程设计,使用软件过程中可能会“习惯性”的选择施工模拟 3 来进行计 算,那进行鉴定加固设计是否需要进行施工模拟呢?本篇简单讨论一下这个问题。
理论说明
指定施工次序计算是指在计算恒荷载时考虑施工次序的计算。是否考虑施工次序、考虑不 同的施工次序对恒载效应的计算结果常有较大的影响。合理确定施工次序不仅符合实际情 况,而且有可能减少构件的计算内力。 软件在计算参数中,提供处理恒载计算的 3 种算法: “一次性加载”、“施工模拟一”、 “施工模拟三”,讨论之前我们先梳理一下这三个选项的具体含义。

一次性加载
一次性加载,顾名思义为一次集成整体刚度、一次完成加载。选择一次性加载之后,后续 无论怎么修改层或者构件的施工次序,程序都默认按照“一次”完成,所以修改施工次序 前后恒载工况下构件内力均一致。
如下模型,选择了一次性加载,调整楼层施工次序前后,构件内力一致。

模型一:

模型二:

恒载作用下构件内力完全一致(某构件前后内力对比):


施工模拟一
模拟施工一采用一次集成整体刚度、分步加载的模型,只计入加载施工步及以下的节点位 移量和构件内力,一般用来近似模拟考虑施工过程的结构受力。如图:

由于只需形成一次结构刚度矩阵,在计算机解题能力受限时,既能在一定程度上模拟施工 加载的变形效果,同时又不会对计算效率造成太大影响。 选择了施工模拟一之后,如果将层施工次序全部修改为 1,效果上就等于一次性加载。如 模型中的某一根柱构件内力,施工模拟一(施工次序全修改为 1)和一次性加载两种情况内力 一致,如下图:



施工模拟三
模拟施工三采用了分层刚度分层加载的模型,这种方式假定每个楼层加载时,它下面的楼 层已经施工完毕,由于已经在楼层平面处找平,该层加载时下部没有变形,下面各层的受 力变形不会影响到本层以上各层,因此避开了一次性加载常见的梁受力异常的现象(如中柱处的梁负弯矩很小甚至为正等)。这种模式下,该层的受力和位移变形主要由该层及其 以上各层的受力和刚度决定。用这种方式进行结构分析需要形成最多 N(总施工步数)个 不同结构的刚度阵,解 N 次方程,计算量相应增加。

同样选择了施工模拟三之后,如果将层施工次序全部修改为 1,效果上就等于一次性加 载。如模型中的某一根柱构件内力,施工模拟三(施工次序全修改为 1)和一次性加载两种情 况内力一致,如下图:



结论: 一次性加载:程序默认一次集成刚度、一次加载,施工次序菜单无效; 施工模拟一:程序默认一次集成刚度,按照施工次序菜单执行加载;施工模拟三:程序按照施工次序中的设置集成刚度和加载。
实操建议
鉴定和设计的思路有所差别,鉴定是基于已有建筑进行相关评级或加固设计,都是基于结 构已经完成施工的情况。而对于计算模型需要考虑施工模拟也仅在设计类规范《高规》5.1 节有所提及:

对于常规的鉴定项目,“一次性加载”和“施工模拟三”对构件评级的结果有时候差别较 大。例:某 6 层框架结构,因为建筑功能的改变,需要进行鉴定。

分别按“施工模拟三”和“一次性加载”计算,“施工模拟三”构件评级较好,无需进行 加固设计,而“一次性加载”评级结果一般,部分构件需要进行加固设计。下图为两种情 况下某一层构件集评级汇总:


可以看出选择不同的方式计算,评级的结论可能不同,甚至影响后续的加固方案。对于常 规的鉴定加固项目个人建议可以选择“一次性加载”进行计算。
那既有建筑鉴定与加固项目是否都不涉及“施工模拟三”呢?答案是否定的。对于有新增 构件的加固项目,考虑到新增构件是在主体结构刚度和加载完成之后进行的,按照实际情 况模拟,则应选择“施工模拟三”,再将其余构件施工次序全部调整为 1(表示原模型是一 次集成刚度和完成加载的),新增构件施工次序单独指定为 2,最后进行计算。下面还是用 实例模型来对比一下两种方式的计算结果。
模型为 5 层框架结构,需要将二层原开大洞的位置重新布置上梁柱:


梁柱布置完成之后,需要在建模-鉴定加固菜单中定义为新增杆件:

建模完成之后,按照以下两种方式进行计算。 方式一:按照“一次性加载”计算,结果中 6 根新增柱,4 根轴压比超限。

方式二:采用“施工模拟三”分析,将原构件施工次序修改为 1,新增构件修改为 2

结果中新增柱轴压比全部符合规范要求:

下图为两种方式下某新增柱的内力对比,恒载工况轴力差别较大。可以看出采用不同的方 式,直接影响新增构件截面尺寸、材料强度的选择。


以上个人更倾向于方式二的计算结果。当然影响内力因素众多,包括结构布置、材料强 度、荷载大小等,而最终的鉴定或者加固结果与其余各工况内力大小都有关,变量太多, 单个模型结论不一定具有普遍的规律性。
最后,本篇建议为作者个人观点,仅供参考,具体工程还需用户酌情把握。