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摘要：南京金鹰天地广场项目T1塔楼核心筒结构应用了新型的筒架交替支撑式液压爬升模架体系进行施工。对施工及爬升两个状态下模架体系的受力特性进行了分析，对支撑牛腿的强度和刚度进行了验算。分析结果表明，施工过程中模架体系大部分构件的设计应力比为0.5，侧向变形为20mm，钢平台层施工操作区域的竖向变形为5 mm，体系具有良好的承载能力和刚度，能够满足安全、高效施工的需要。
关键词：整体钢平台模架；筒架支撑式；计算分析；
1 引言
金鹰天地广场项目位于南京市建邺区的所街6号地。地块总用地面积56071.2m2，总建筑面积918571 m2。项目的 T1、T2、T3 塔楼均为超高层建筑，其中T1 塔楼地上76层，建筑高度368m。T1塔楼主体结构均采用“核心筒+外框架”形式，核心筒为钢筋混凝土结构，筒体剪力墙外墙部分设有H 型钢柱和剪力钢板，核心筒外围由钢骨柱、钢梁形成框架，采用钢筋桁架楼承板组合楼盖体系。T1塔楼核心筒结构应用了上海建工集团自主研发的新型筒架交替支撑式新型液压爬升模架体系[1]~[4]进行施工。文献[4]对筒架交替支撑式液压爬升整体钢平台模架体系的工作原理工作原理进行了详细介绍，可知该套模架体系的钢梁爬升系统中的爬升钢梁内嵌在筒架支撑系统中，在水平方向两者相互约束，在竖向两者可交替运动，满足相互支撑爬升需要。爬升钢梁与筒架支撑系统之间设置双作用液压缸，缸体活塞端与爬升钢梁连接，另一端与筒架支撑系统连接。当爬升钢梁的竖向限位支撑装置搁置在结构上时，通过双作用液压缸顶升筒架支撑系统至搁置位置；当筒架支撑系统的竖向限位支撑装置搁置在结构上时，通过双作用液压缸回提爬升钢梁至搁置位置，重复支撑及爬升过程，实现钢平台模架系统的爬升。
T1塔楼筒体外围尺寸为29.6m×25.4m，共设置四道内筒隔墙，整体呈“九宫格型”。值得注意的是，5、6、8、9号宫格的周圈仅部分位置布置有剪力墙，其中5号宫格中的内筒架无法生根，即筒架需要完全悬挂在钢平台上，而6、8、9号宫格中的内筒架仅2个支撑点，属于非对称支撑。对应着整个核心筒的施工过程，钢平台系统承受的外部荷载条件随着施工过程及工序而交替变化(主要有钢筋堆载、模板荷载、布料机荷载等)，过桁架层是剪力墙上部分钢梁需要临时拆卸下来，造成体系构成的局部改变。这些都对钢平台系统施工过程中的安全性带来不利影响。
本文以南京金鹰天地广场T1塔楼核心筒施工为背景，通过对施工全过程的精细化分析，明确了钢平台系统施工过程中的状态及边界条件，借助有限元计算与分析量化了系统在施工过程中的安全度及性能指标，文中的分析思路及结论可供类似工程思考。
2 荷载分析
钢平台系统在使用过程中主要有施工和爬升两个状态，其中施工状态根据工序的不同又主要有绑扎钢筋、模板提升及吊装钢结构三个工况。模架体系的荷载取值详见表1所示。
1 模架体系分析
图 2 施工状态(模板提升工况)下模架体系的设计应力比
限于篇幅，仅详细阐述施工状态时模板提升工况的计算分析结果。图 2为模板提升工况下模架体系主要构件的设计应力比。由图 2可知，除少量角部筒架柱的设计应力比为0.87外，大部分构件的设计应力比为0.5以下。模架体系在模板提升工况下的强度和稳定性均能满足设计要求。
图 4 施工状态(模板提升工况)下模架体系的侧向变形云图(单位/mm)
图 3和图 4分别为模架体系向及侧向变形云图。由计算结果可知，模架体系的最大竖向变形为29.9mm，位于平台的角部。这与平台层最外周圈的钢大梁直接承受外挂脚手的自重有关。除角部外，平台层上其他区域的竖向变形为8mm以内，施工作业区域的平整度非常高。模板提升工况下，模架体系的最大侧向变形为13mm，体系的抗侧刚度非常高。
施工状态下，模架体系通过内筒构架上的26个钢牛腿支承于结构上。图 5为模板提升工况下各牛腿承受的竖向反力。总体来讲，牛腿的竖向反力的分布较为离散，由于上部的负荷面积较大，1号宫格角度4个角点上牛腿的竖向反力较大，其中最大的竖向反力约为613.2 kN。
图 5 施工状态(模板提升工况)下牛腿的竖向反力(单位/kN)
表 2给出了施工状态 (包含绑扎钢筋及钢结构吊装工况)及爬升状态中下模架体系的分析结果。与模板提升工况进行对比可知，绑扎钢筋及钢筋吊装工况下模架体系的应力比、最大变形及最大支座反力等设计指标均比模板提升工况下小，这说明施工过程中模架体系在模板提升工况下更不利。爬升状态下体系的设计应力比控制在了0.5以内，爬升状态下体系的侧向变形为18.9mm，工作区域的最大竖向变形也能控制在5mm以内，而最大支座反力为491.4kN，总之爬升状态下模架体系的响应要比施工状态下小，该状态下体系的强度和刚度能够满足设计要求。
1 牛腿验算
采用midas-FEA软件建立牛腿的3D实体模型，假定牛腿伸入剪力墙端承受均匀受力，承受施工状态下的最大竖向力613.2 kN。根据约束条件知牛腿的上、下面受z向约束，尾部部分节点受x、y向约束。由计算结果可知，牛腿端部最大竖向变形仅为0.6 mm，其刚度能够满足设计要求。牛腿的最大的Mises应力为280 MPa，强度亦能满足设计要求。图 7为牛腿的竖向变形云图及Von-Mises应力云图。
图 7 牛腿的Von-Mises应力云图 (单位/Mpa)
1 结论和建议
以南京金鹰天地广场项目超高层T1塔楼核心筒施工为背景，详细介绍了工程中应用的上海建工集团自主研发的新型筒架交替支撑式新型液压爬升模架体系的设计与分析过程，主要结论和建议如下：
(1) 通过对爬升状态和施工状态的分析发现，模架体系的绝大部分构件的设计应力比在0.5以下，钢平台上施工操作及材料放置区的变形在5mm以内，风荷载作用下钢平台系统的侧向变形在20mm以内。钢平台系统具有较高的承载和抵抗变形的能力，能够满足安全、高效施工的需要。
(2) 可进一步结合健康监测技术，在钢平台系统的关键部位上布设传感器，进一步通过现场实测数据验证理论计算分析的正确性。
参考文献(References)
[1]扶新立, 马静, 秦鹏飞. 筒架支撑式液压爬升整体钢平台的模架安装[J]. 建筑施工, 2014, 36(1):39-42.
[2]朱毅敏, 扶新立, 秦鹏飞. 筒架支撑式整体钢平台模架装备越过伸臂桁架层的施工技术[J]. 建筑施工, 2014, 36(1):43-46.
[3]扶新立. 上海大中里高层住宅建造模架装备整体同步顶升技术研究[J]. 建筑施工, 2014(6):717-719.
[4]王小安, 梁颖元, 李阳,等. 筒架与筒架交替支撑式液压爬升整体钢平台模架设计计算分析[J]. 建筑施工, 2014(4):383-389.
[5]GB 50009-2012, 建筑结构荷载规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.
[6] GB 50017-2003, 钢结构设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2003.
论文作者:夏巨伟
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/12
标签：体系论文; 工况论文; 模架论文; 钢梁论文; 应力论文; 塔楼论文; 平台论文; 《基层建设》2016年11期论文;