蘭云睆，肖運(yùn)清，李海生，趙鵬宇，張勝帥

(1.中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074；2.北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司，北京 100039)

0 引言

隨著建筑設(shè)計(jì)理念的發(fā)展突破及業(yè)主方成本意識(shí)的不斷加強(qiáng)，超高層建筑結(jié)構(gòu)形式不斷向多樣化和輕量化發(fā)展，主要體現(xiàn)在建筑造型愈發(fā)獨(dú)特及建筑結(jié)構(gòu)形式的簡(jiǎn)潔優(yōu)化。在超高層建筑中，此類結(jié)構(gòu)主要采用核心筒剪力墻-外框鋼結(jié)構(gòu)的形式，其中，核心筒剪力墻隨著建筑高度的增加，受造型空間及成本用材方面的影響，超過(guò)一定高度后往往將部分位置的剪力墻變換為連梁，從而達(dá)到筒體空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化、降低鋼筋混凝土等材料用量的目的。在爬模架體爬升到一定高度時(shí)，取消的剪力墻部位無(wú)法進(jìn)行架體機(jī)位的附著，影響結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步施工。據(jù)此，研究開(kāi)發(fā)一種適用于不規(guī)則核心筒爬模架體附著的裝置及施工技術(shù)至關(guān)重要。

為解決上述問(wèn)題，通過(guò)對(duì)北京麗澤E06項(xiàng)目爬模架體附著工況進(jìn)行分析，優(yōu)化傳統(tǒng)爬模架體在無(wú)剪力墻位置的附著方式，提出一整套關(guān)于爬模架體等爬升設(shè)備在無(wú)結(jié)構(gòu)支撐部位附著的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)在不改變?cè)O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及不對(duì)設(shè)備架體進(jìn)行二次拆改的情況下完成爬模架體等爬升設(shè)備的附著及爬升，滿足不規(guī)則核心筒結(jié)構(gòu)的施工需求。

1 工程概況

北京麗澤E06項(xiàng)目位于北京市豐臺(tái)區(qū)金融商務(wù)區(qū)，總占地面積約2.5萬(wàn)m2，總建筑面積約15.6萬(wàn)m2，地下4層，地上43層，建筑高201m。該工程西立面自12～43層以7.038°斜向收縮，核心筒受外框建筑造型影響，分別于13，24，35層呈階梯狀收縮，結(jié)構(gòu)形式改變，部分位置原剪力墻部位改為上下連梁的結(jié)構(gòu)體系，屬于不規(guī)則核心筒結(jié)構(gòu)。若采用傳統(tǒng)附著形式，需在無(wú)剪力墻部位額外增加附著的混凝土剪力墻或?qū)ε滥＜荏w進(jìn)行拆改，增加大量工期及成本，且需對(duì)增加的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行破除，不符合綠色施工要求。

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鋼支撐柱設(shè)計(jì)

鋼支撐柱在滿足受力需要的同時(shí)還要保證其與結(jié)構(gòu)及爬模架體的可靠連接，需對(duì)連接進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)。依據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，鋼支撐柱與結(jié)構(gòu)及爬模架體連接部位分別采用貼合鋼板、頂緊螺栓、穿墻螺栓及架體附著固定塊的方式，保證鋼支撐柱與結(jié)構(gòu)及爬模架體的連接。

2.2 鋼支撐柱受力分析

根據(jù)爬模架體在結(jié)構(gòu)上的附著位置及結(jié)構(gòu)空間尺寸，設(shè)計(jì)鋼支撐柱模型，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爬模架體的應(yīng)用及爬升工況，采用ANSYS有限元軟件模擬鋼支撐柱的受力情況。分析各種工況下鋼支撐柱的應(yīng)力及位移變形，對(duì)比模擬計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)允許值，對(duì)模型不斷優(yōu)化，調(diào)整鋼支撐柱的材料選擇，確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

2.3 鋼支撐柱附著技術(shù)

依據(jù)不規(guī)則核心筒結(jié)構(gòu)特性，原剪力墻部位變化為無(wú)剪力墻的連梁結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)無(wú)剪力墻部位上、下結(jié)構(gòu)間距設(shè)計(jì)鋼支撐柱高度，從而滿足鋼支撐柱與上、下連梁結(jié)構(gòu)的連接，同時(shí)滿足爬模架體的附著需求。由于鋼支撐柱與結(jié)構(gòu)相連，需保證鋼支撐柱與主體結(jié)構(gòu)、鋼支撐柱與爬模架體連接可靠。鋼支撐柱為現(xiàn)場(chǎng)加工，采用Q235材質(zhì)[20和20mm厚鋼板，加工完成后涂刷防銹底漆、面漆，從而提高防腐性能。鋼支撐柱上下通過(guò)螺栓與結(jié)構(gòu)連梁內(nèi)的預(yù)留套管穿梁連接固定，并通過(guò)I16與內(nèi)側(cè)剪力墻連接，穿墻螺栓選用8.8級(jí)M36螺栓，連接處加墊片并擰緊雙螺母。在鋼支撐柱安裝完成后，旋轉(zhuǎn)鋼支撐柱兩端設(shè)計(jì)的頂緊螺栓，保證鋼支撐柱與結(jié)構(gòu)受力可靠，頂緊螺栓選用8.8級(jí)M24螺栓，如圖1所示。

圖1 鋼支撐柱安裝示意

3 附著鋼支撐柱受力分析

3.1 有限元軟件模擬

采用ABAQUS軟件，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立有限元數(shù)據(jù)模型，分析最不利工況下的應(yīng)力及變形情況，對(duì)比模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)要求的允許值。如果模擬結(jié)果超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，則重新設(shè)計(jì)鋼支撐柱，包括材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從中選擇最佳方案。ABAQUS有限元模擬結(jié)果如圖2所示。

圖2 鋼支撐模擬

3.2 鋼支撐柱與結(jié)構(gòu)連接驗(yàn)算

附著鋼支撐柱與結(jié)構(gòu)梁采用M36穿墻螺栓連接并固定，根據(jù)螺栓及結(jié)構(gòu)梁受力條件，需對(duì)螺栓進(jìn)行抗拉和抗剪驗(yàn)算。

根據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，螺栓受剪承載力應(yīng)為583.2kN。螺栓承受剪力值最不利荷載NV=120kN<583.2kN，螺栓受剪承載力驗(yàn)算滿足要求。

同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓與鉚釘，其承載力滿足受力要求。

本工程鋼支撐柱與剪力墻連接構(gòu)件I18為軸心受拉構(gòu)件，采用Q235B鋼材，經(jīng)驗(yàn)算滿足受力要求。

根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2015年版)，剪力墻局部受壓強(qiáng)度滿足要求。

4 附著鋼支撐柱施工技術(shù)

4.1 鋼支撐柱設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)加工

根據(jù)爬模架體機(jī)位布置圖，確定附著鋼支撐柱所在核心筒位置，并對(duì)該位置空間尺寸和結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息進(jìn)行分析，同時(shí)根據(jù)爬模機(jī)位的附著要求進(jìn)行分析，據(jù)此進(jìn)行附著鋼支撐柱的深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行受力驗(yàn)算，經(jīng)核算滿足受力條件后出具加工及安裝圖紙。圖紙中需明確附著鋼支撐柱的各項(xiàng)材質(zhì)信息、尺寸規(guī)格及焊接要求等，加工過(guò)程須嚴(yán)格按圖紙要求進(jìn)行，鋼支撐柱加工如圖3所示。

圖3 鋼支撐柱加工

構(gòu)件加工前，需對(duì)附著鋼支撐柱進(jìn)行材料取樣復(fù)試，復(fù)試合格后方可進(jìn)行加工。依據(jù)爬模架體在每層附著的相對(duì)高度，在完成后的附著鋼支撐柱對(duì)應(yīng)處焊接爬模架體附著所需的連接附著塊。構(gòu)件加工完成后，需對(duì)其規(guī)格尺寸、焊接質(zhì)量等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，確保滿足圖紙及現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

4.2 附著鋼支撐柱現(xiàn)場(chǎng)安裝

在結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)鋼支撐柱安裝位置進(jìn)行放線，并在混凝土連梁和剪力墻內(nèi)按圖預(yù)埋套管，在工字鋼安裝位置上部結(jié)構(gòu)板底預(yù)留吊環(huán)。在爬模架體爬升前，用塔式起重機(jī)將鋼支撐柱、工字鋼及穿墻螺栓吊運(yùn)至安裝位置，吊裝過(guò)程中首先利用穿墻螺栓將支撐柱臨時(shí)固定后脫鉤，同時(shí)擰緊鋼支撐柱上下的頂緊螺栓使鋼支撐柱與結(jié)構(gòu)上下連接緊密，然后利用吊環(huán)和手拉葫蘆將工字鋼提升至設(shè)計(jì)高度，用螺栓將支撐柱、工字鋼、連梁和內(nèi)側(cè)的剪力墻連接為受力整體，鋼支撐柱安裝如圖4所示。

圖4 鋼支撐柱安裝

4.3 爬模架體爬升附著

爬模架體利用鋼支撐柱作為附著支撐點(diǎn)爬升的方式與傳統(tǒng)利用核心筒剪力墻進(jìn)行爬升的操作區(qū)別不大，需在滿足安全及規(guī)范的前提下進(jìn)行爬升作業(yè)，保證爬模架體和鋼支撐柱連接的可靠性，爬升步驟如下。

1)當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到15MPa后方可進(jìn)行爬升作業(yè)，首先在鋼支撐柱附著塊上安裝爬模架體的附著支座，然后啟動(dòng)油缸頂升爬模架體導(dǎo)軌并穿過(guò)附著支座，確保導(dǎo)軌頂端與附著支座卡位準(zhǔn)確。

2)收起爬模架體的頂墻支腿，然后拆除爬模架體與原附著支座連接處的防傾插板，再次啟動(dòng)油缸，進(jìn)行爬模架體爬升。

3)爬模架體爬升到位后，插入防傾插板，使架體通過(guò)附著支座與鋼支撐柱形成完整受力體系，實(shí)現(xiàn)利用鋼支撐柱進(jìn)行爬升的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

北京麗澤E06項(xiàng)目針對(duì)爬模架體無(wú)附著點(diǎn)的情況，在不改變?cè)薪ㄖY(jié)構(gòu)形式的前提下，利用鋼支撐柱附著技術(shù)，達(dá)到了爬模架體爬升、附著及安裝的目的，解決了不規(guī)則核心筒爬模架體等爬升設(shè)備無(wú)附著點(diǎn)的施工難題，避免更改結(jié)構(gòu)形式，在保證爬模架體正常附著爬升的情況下，縮短工期、降低工程成本并提高工程施工效率。該支撐柱可周轉(zhuǎn)使用，整個(gè)安裝及操作過(guò)程便捷高效，綠色環(huán)保，無(wú)建筑垃圾產(chǎn)生。