广西金融广场顶升模板体系设计及分析.docx

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广西金融广场整体顶升模板体系设计及分析摘要：随着国民经济的发展，超高层建设在我国各大城市方兴未艾，整体顶升模板体系作为一种先进的施工技术，在超高层建筑核心筒施工中具有明显的优势。本文主要介绍广西金融广场项目顶模体系方案的选型、设计及内力分析。关键词：整体顶升模板体系超高层核心筒1前言整体顶升模板性系与传统施工工艺相比具有明显的优点，具体体现在：①通过大推力长行程液压系统实现自我整体顶升，减少了对塔吊的依赖及人工作业,能够缩短工期；②采用三维町调模板及挂架体系，可适应墙体截面的变化，避免高空改装；③钢平台与挂架系统共同组成封闭、安全的操作空间，提高高空作业安全性。目前，整体顶升模板体系己在广州珠江新城西塔、深圳京基金融中心及广州珠江新城东塔等项目中成功应用。广西金融广场位于广西区南宁市东盟经济区，是一幢集办公、酒店、娱乐为一体的综合性超高层建筑，建筑高度325.4m,建筑面积约21.6k,其主塔楼结构形式为钢框架-核心筒结构，外框钢柱为圆形钢管混凝土柱，核心筒为带导角的正方形钢筋混凝土筒体，外墙截面宽度为1000-300mm，内墙截面宽度为300-250mm。图1塔楼结构平面图2整体顶升模板体系选型2.1钢平台构造选型本工程核心筒结构形状规则，平台设计采用正交钢桁架体系，桁架弦杆及腹杆均采用H型钢，桁架间连接采用焊接或高强螺栓连接。根据平台的传力特点，将钢桁架分为一至三级桁架，其中三级桁架主要用来承担外挂架荷载，二级桁架主要用来承担内挂架及平台上传递来的荷载，一级桁架用来承担二、三级构架传递来的荷载，并将荷载传递至支撑立柱上。2.2支撑点设置整体顶升模板体系支撑点根据工程特点一般为3-5个，如支撑点过多，不仅经济性无法保证，且会因同步顶升时支撑点间竖向位移的差异而使系统的偏移和扭转不易控制。支撑点由圆形钢柱(0900mmX20mm)和上下两道支撑钢梁组成，如图所示。根据核心筒形状特点，在核心筒的四个角部位置各设置1个支撑点，共4个支撑点。其中支撑2钢梁由于塔吊的关系为南北向布置，其余均为东西向布置。在布置支撑点时充分考虑了与2台内爬式塔吊的关系，通过留有一定的安全距离，避免塔吊摆动时碰撞钢平台。2.2模板系统选型本工程层高主要有5.4m.3.6m、4.2m三种，剪力墙截面宽度由1000mm逐渐缩减至300mmo为适应层高及墙宽的变化，设计3.6m和1.8m两种标准模板，并按照层高进行组拼。3顶模体系计算3.1建立SAP2000有限元模型支撑柱、上下支掠梁及桁架体系采用线单元，平台钢板采用面单元，平台荷载使用于面单元上。桁架节点均采用钗节点，上下支撑梁支座为不动饺支座。SAP2000模型见下图：图2顶模体系SAP2000模型4荷载考虑4.1恒荷载钢桁架平台、支撑柱及上下支撑梁自重由软件自动计算；挂架恒荷载取6kN/m,模板恒荷载取5kN/m,均直接加载于相应位置桁架的下弦杆上；桁架平台上铺钢板自重由软件自动生成。4.2活荷载4.2.1施工状态(LD(1)外挂架：沿长度方向每层挂架活荷载取1.5kN/m,7层挂架即挂架传递至桁架下弦杆的活荷载为10.5kN/m。其中，外挂架活荷载由2根桁架共同承担，即每棉桁架上的活荷载为5.25kN/m。(2)钢平台：钢筋堆放区及液压泵站取lOkN/m2,设备维修间、消防水箱、焊机房、乙焕存放处、二氧化碳存放处、移动厕所等部位活荷载取5kN/m2,其它区域取施工荷载2kN/nf,平台上两台布料机按集中荷载处理，取lOOkNo平台活荷载分布见图3o XODi/C*MX’*io;tr图3活荷载分布示意图4.2.2顶升状态（LJ（1）外挂架：顶升状态下挂架上不允许站人，活荷载取0。（2）钢平台：考虑到顶升前平台上不堆放钢筋，并对平台进行清理。平台钢板上原取值为10KN/m2和2KN/m2处现取值IKN/m2,原取值5KN7m2处现取值3KN/m2o 4.3风荷载考虑三种情况下的风荷载：①顶升状态下，平台承受八级风荷载（W#、WYs,相当于风压值0.2kN/m2）；②工作状态下，平台承受十级风荷载，施工所有施工活荷载（WXs WY,o,相当于风压值0.375kN/m2）③停止施工状态下，遭遇十年一遇基本风压的风荷载时。考虑到平台钢桁架及外挂架均有一定的透风性，取桁架层挡风系数0.3,风荷载平均作用于上下弦杆上；外挂架挡风系数取0.5,上半部分外挂架风荷载作用于桁架下弦杆上。4.4不同步顶升位移（U）钢平台顶升过程中考虑最大50nun的不同步位移,4点顶升可能产生单点不可步、同侧两点不同步等十四种不同工况。根据以往经验分析，对角50颇不同专对结构影响最大，本例取该工况进行分析。图4不同步位移施加图5荷载组合工况对支撑体系的分析包括使用施工与顶升两个阶段，因南宁地处台风区，在验算时用十年-•遇基本风压值进行复核。施工阶段，支撑体系的上下支撑梁均支撑在剪力墙上，结构的承载能力及稳定性较高，考虑所有活荷载及风荷载；顶升阶段，支撑体系仅下支撑梁支承于剪力墙上，且活塞杆伸出最大长度达5.4m,对结构稳定性不利，该状态下主要考虑不同步顶升位移及风荷载。表1工况及荷载组合表项次工况信息荷载组合a施工状态D+L,sWX.o、WYs、D+L+0.6WXk）、D+L】+O.6WYk）、D+0.7Li+WX„）、D+0.7L+W"b顶升状态下，活塞杆未伸出D+L2、WX8.W%、D+U+O.6WXs、D+U+O.6WYs、D+0.7U+WXs、D+0.7U+WYkc顶升状态下，活塞杆伸出5.4mD+L2、WX8>WYs>D+U+0.6WX&、D+U+0.6WY8、D+0.7U+WX’、D+0.7U+WY8d遭遇十年一遇风荷载，停止施工状态D+L2、WX。、WY。、D+L2+O.6WX0、D+L2+O.6WY°、D+0.7L2+WX0、D+0.7L2+WY0注：D：恒荷歙Li：施工状态活荷载；L：顶升状态活荷载；WX.o、WY.o：+级风荷载；WX’、WYS：八级风荷载；WXo>WYo：十年一遇风荷载；U：不同步位移6内力分析6.1施工状态下的内力分析6.1.1变形验算计算各种荷载组合作用下结构的变形，得出在D+L+0.6WX。作用下结构具有柱顶最大水平位移及最大挠度。柱顶X向水平位移6.1mm,Y向水平位移6.7mm,由于X、Y向最大水平位移均产生于同一柱顶，可以计算得柱顶最大水平位移为（6.12+6.72）05=9.1mm,与柱高22m比值为1/2418，满足侧移限值。结构竖向最挠度47.4mm,发生于桁架平台边缘跨中位置。6.1.2强度验算取D+L组合进行结构特征值屈曲分析，求得第一阶屈曲因子从而计算杆件第一阶屈曲临界荷载，并通过欧拉公式反算杆件计算长度系数，对结构中的所有受压杆件，统一按最不利长度系数手动输入模型中进行计算，长度系数计算公式如下：口=（计算长度系数公式）经计算，结构最大应力比0.921,小于0.95的规范要求。对支撑柱的验算同以上过程。Pl Qb|264 Pt Elm:264 U1=-4.6645=3.1702-■47.4184=-.CC16--CC005图5施工状态最不利组合变形图6.2顶升状态下的内力分析顶升时结构最危险状态即上支撑梁牛腿收回，活塞杆伸至最长5.4m时。结构验算主要选取该工况进行计算。同时因活塞杆直径相比支撑柱较小（仅300mm）,需在上支撑梁上三个方向设置可转动的抗侧倾装置，防止活塞杆顶端产生较大水平位移而使结构发生破坏。经过分析，在D+U+0.6WX,组合下，结构产生柱顶最大水平位移27.7mm,结构竖向最大位移79.6mm,产生于作用50mm不同步位移一端的角部，结构变形见图6o根据结果可知支撑点间的不同步竖向位移对结构的影响较施工状态下大,因此在顶升过程中应严格控制支撑点间的位移差。Ptoti 101 PlElntlOl图6顶升状态最不利组合变形图6.3十年一遇风压下的结构复核在恶劣气候下，顶模体系上下支撑均支撑于剪力墙中，平台上无大量材料堆载，挂架上无人员作业。在该工况下对结构进行分析，并根据分析结果考虑是否应增设缆风绳。分析得出结构最大水平位移15.6mm,最大竖向挠度26.0mm，支撑柱最大应力比0.231。根据结果得出，结构在十年一遇风压作用下结构反应良好，安全系数较高，可不设置缆风绳。7结语(1)智能顶模体系支撑系统本身荷载加上施工荷载较大，且施工过程本身处于一个动态的过程，在计算过程中对荷载的取值应力求符合实际状况。(2)支撑柱活塞杆伸出至最长的状态是整个体系最不稳定状态，设计活塞杆伸出长度较大时应采取必要的措施，如增加防侧倾装置等，并经过必要的验算。(3)顶模系统使用周期往往跨越一至二个台风季，在台风影响地区使用顶模系统仍应考虑台风的影响，可按十年一遇基本风压进行复核计算。(4)因体系各部位荷载不一致，支撑点间易产生不同步竖向位移，在顶升过程中应进行微调，保证不同点间的位移差在50cm以内。