对工程施工中建筑结构受力性能的

探讨

【摘要】随着城市工业和商业的发展

,人口的猛增,建设用地的紧张,促使建筑物向高空和地下

发展。科学技术的进步

,建筑结构理论的创新,以及新材料、新设备、新工艺、新方法的大量涌现,

推动了高层建筑的发展，有效地节省了建筑用地。本文以建筑的结构为切入点，通过建立有
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探讨。 

　　关键词：土木工程；建筑结构；受力研究

 

　　

 随着人们生活水平的提高，对住房条件也有了很大要求。土地的有限使高层建筑的建

设得以发展。普通的建筑的建筑结构以框架结构、剪力墙、异形柱等为主，因不同的设计单位
所应用的理论也不统一。通过在国内和国外学习得知的现状，土木工程建设建筑结构力学性
能的理论依据的基础上建设建筑物的结构进行了讨论。

 

　　

1 国内外施工中建筑结构的受力性能研究现状 

　　

 国内外建筑结构受力性能研究结果是不明确的。在国内和国外多数通过应用负载性能

的建筑结构施工，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
面简化手算法等方法来进行逐层加载的建筑结构受力研究。但是这些方法更重于理论分析，
实施中必然会出现一系列不可避免的问题。

 

　　

2 理论基础和模型建立 

　　

2.1 建筑结构受力分析的理论计算基础 

　　

 利用 ANSYS 有限元模型来模拟建立有限元模型，利用 TBSA 有限元模型来模拟建立

有限元模型，利用

SAP2000 有限元模型来模拟建立有限元模型，通过三种方法的力量，可

以在建筑建设中进行受力理论分析。但通过仿真模拟施工过程的研究方法极易受到以人为因
素为主的影响。

AlphaSAP2000 的有限元模型，通过逐层加载的建筑结构方法的机械性能，

对模拟施工过程进行初步研究。

 

　　

2.2 利用 SAP2000 建立有限元模型 

　　

 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、有效抗剪面积、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。对于壳单元，采用平板壳单元的分析
模式进行设计。完成基本单元的设计后，按某地一教学楼案例，组建一个抗震强度为

8 级的

现浇混凝土框架

——剪力墙结构模拟仿真模型，计算模型采用强柱弱梁结构。建筑物共计 4

层、无水箱和机房，底层层高为

3.75 m，其他层层高为 3.6 m.楼板厚度 180 mm，剪力墙厚

度

250 mm，采用 C30 混凝土，框架梁上线荷载 6.5 kN/m，混凝土自重 25 kN/m3，教室楼

面荷载

2kN/m2，卫生间、楼梯、走廊楼面载荷 2.5 kN/m2。 

　　

3 施工中建筑结构的受力性能分析 

　　

3.1 有限元模型各基本单元的刚度矩阵 

　　

1）空间杆单元刚度矩阵 　　 

　　式中，

Iy、Iz 为对 y 和 z 轴的主惯性矩；、是对 y 和轴方向的剪切影响系数；Ay、Az 是杆

截面沿

y 和轴方向的有效抗剪面积；Jk 是 x 轴的扭转惯性矩 

　　

.2）板单元刚度矩阵 

　　由于板单元为非收敛单元，因而得到的数据较为准确