劉春明 陳 磊 李 直

(1.武漢理工大學(xué),湖北 武漢 430070; 2.中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000)

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施工電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換施工模擬

劉春明1陳 磊2李 直2

(1.武漢理工大學(xué),湖北 武漢 430070; 2.中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000)

以某工程為例，介紹了施工電梯高位基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方法，并根據(jù)施工電梯基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換體系施工方案，對(duì)施工過(guò)程各個(gè)階段進(jìn)行了施工模擬，由施工模擬計(jì)算結(jié)果評(píng)判了結(jié)構(gòu)的安全性，并提出了一些施工建議。

施工電梯，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換，施工方案，施工模擬

0 引言

施工電梯是建筑施工活動(dòng)中必不可少的施工機(jī)械，主要進(jìn)行施工人員及部分施工材料的垂直運(yùn)輸工作[1]。施工電梯安裝高度過(guò)高會(huì)給施工活動(dòng)帶來(lái)很多不利影響：增加垂直運(yùn)輸時(shí)間，降低運(yùn)輸效率；增加施工電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的配置需求，增加成本；長(zhǎng)期占用部分永久結(jié)構(gòu)施工空間，延長(zhǎng)施工工期[2]。針對(duì)施工電梯安裝高度過(guò)高帶來(lái)的一系列問(wèn)題，提出分階段使用施工電梯的方案，即由電梯一到達(dá)轉(zhuǎn)換層后經(jīng)電梯二到達(dá)目標(biāo)樓層。該方案實(shí)施前提是要確定轉(zhuǎn)換層，為了降低施工電梯安裝高度，還需在轉(zhuǎn)換層搭設(shè)施工電梯基礎(chǔ)，從而降低施工電梯安裝高度和解放占用空間。

1 工程概況

該工程總建筑面積為40.1萬(wàn)m2，由兩棟超高層塔樓、多層裙樓和地下停車(chē)場(chǎng)組成。1號(hào)塔樓建筑高度為381.25 m，地上部分共有82層，主要功能為寫(xiě)字樓和超星級(jí)酒店等。2號(hào)塔樓建筑高度為175.75 m，地上部分共有50層，主要功能為公寓式辦公。多層裙樓地上部分共有4層，主要為商業(yè)及酒店配套。

綜合施工成本和施工工期的考慮，決定采用分階段使用施工電梯的方案。在核心筒內(nèi)共架設(shè)3架施工電梯，施工電梯布置平面圖見(jiàn)圖1。 DT-2位于核心筒內(nèi)，長(zhǎng)期占用部分結(jié)構(gòu)施工空間，影響了施工進(jìn)度。該方案利用DT-1，DT-3兩架施工電梯到達(dá)轉(zhuǎn)換層，然后換乘DT-2到達(dá)轉(zhuǎn)換層以上樓層。

2 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)與施工方案

轉(zhuǎn)換層的確定要根據(jù)施工進(jìn)度、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝高度和結(jié)構(gòu)層標(biāo)高等方面來(lái)確定，其確定原則為：轉(zhuǎn)換前后施工電梯的安裝高度均應(yīng)小于其最大安裝高度；盡量保證轉(zhuǎn)換前后兩部分高度相同或相近，便于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)配置和節(jié)省材料；轉(zhuǎn)換層標(biāo)高與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)特制轉(zhuǎn)換節(jié)標(biāo)高相同；在不進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的前提下盡可能的使用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。該工程根據(jù)轉(zhuǎn)換層確定原則，經(jīng)過(guò)分析確定轉(zhuǎn)換層為42層。

2.1 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換采用以箱型梁為主體，再輔以下斜撐、回頂支撐等結(jié)構(gòu)增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力。箱型梁分為4節(jié)，其中第一節(jié)箱型梁與特制標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為一部分存在。箱型梁由30 mm厚鋼板焊接而成并在箱型梁內(nèi)部布置肋板以增大箱型梁的局部穩(wěn)定性；特制標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的立柱采用直徑為75 mm的實(shí)心圓鋼；回頂支撐與下斜撐均采用壁厚為12 mm的空心鋼管，直徑為245 mm。 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2.2 施工方案

確定轉(zhuǎn)換層以后便可進(jìn)行施工前的準(zhǔn)備工作。首先要將設(shè)計(jì)圖紙交由鋼結(jié)構(gòu)加工廠進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)制作并運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)指定位置。由于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要涉及到41層、42層與43層三層，所以在41層～43層施工時(shí)要進(jìn)行埋件的埋設(shè)工作，埋件主要包括連接埋件和吊裝埋件兩種。連接埋件主要分布在41層與42層兩層，主要進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)與箱型梁、回頂支撐、下斜撐等的連接，吊裝埋件主要分布在43層結(jié)構(gòu)連梁位置，主要提供箱型梁等安裝時(shí)的吊裝承力點(diǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝高度達(dá)到42層標(biāo)高時(shí)即可進(jìn)行第一節(jié)箱型梁與特制標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的安裝工作，然后根據(jù)施工進(jìn)度依次安裝箱型梁其余節(jié)、上回頂支撐、下回頂支撐、下斜撐。下斜撐安裝時(shí)要將42層以下標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的頂部位置兩節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拆掉以方便下斜撐的安裝。

3 數(shù)值模擬分析

施工模擬是在施工前進(jìn)行的模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷施工過(guò)程的安全可靠性和施工方案的可行性。采用國(guó)際通用的結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS進(jìn)行模擬計(jì)算，其中箱型梁、回頂支撐、下斜撐均為Shell181單元，結(jié)構(gòu)連梁和樓板為Solid185單元，特制標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立柱和橫桿為Beam188單元。利用ANSYS自帶建模功能，建立基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換體系模型，如圖3所示。其中，焊縫位置、埋件位置、下斜撐為主要分析部位。

根據(jù)結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)，按荷載的基本組合計(jì)算荷載的

最不利組合。綜合施工現(xiàn)場(chǎng)荷載，基本組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定，即當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.4[3]。對(duì)于施工電梯運(yùn)行帶來(lái)的運(yùn)行荷載，取動(dòng)力系數(shù)為2.0后按靜力計(jì)算方法進(jìn)行荷載統(tǒng)計(jì)。永久荷載包括施工電梯的自重、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)自重，可變荷載主要為施工電梯載重。根據(jù)施工電梯相關(guān)參數(shù)，計(jì)算各部分結(jié)構(gòu)自重，施工電梯載重取施工電梯額定載重。有限元模型中，對(duì)結(jié)構(gòu)連梁和樓板的端面、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)底端、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)分別施加位移約束。結(jié)構(gòu)連梁、樓板端面和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)底端施加x，y，z三個(gè)方向的位移約束，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每隔一段距離施加x向位移約束[4]。如圖3所示，對(duì)施工電梯基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換施工過(guò)程進(jìn)行模擬，利用ANSYS的生死單元功能，通過(guò)單元生死模擬施工整個(gè)流程。分析過(guò)程為：安裝特制標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→安裝箱型梁，施加荷載F1→安裝下斜撐，施加荷載F2→安裝下結(jié)構(gòu)梁回頂支撐，施加荷載F3→拆除42層以下標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，施加荷載F4→安裝下斜撐，施加荷載F5→施工電梯安裝高度達(dá)到81層，施加荷載F6。其中荷載F6為施工電梯運(yùn)行狀態(tài)下的荷載，其余荷載均為施工電梯靜止?fàn)顟B(tài)下的荷載。根據(jù)結(jié)構(gòu)的薄弱位置分析，主要關(guān)心荷載F4,F5,F6作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況。通過(guò)有限元模型多工況的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中最為薄弱位置為箱型梁腹板焊縫底端位置和箱型梁與結(jié)構(gòu)連梁連接支座位置。兩處位置的應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯且主要承受壓應(yīng)力，其中焊縫底端位置的應(yīng)力達(dá)到102 MPa，支座位置的應(yīng)力達(dá)到128 MPa，均小于各工況下結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力值，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。但由于施工精度和施工質(zhì)量等因素的影響，這兩處位置的應(yīng)力狀態(tài)還需引起足夠的重視。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)施工方案和施工模擬的描述，根據(jù)施工模擬計(jì)算結(jié)果可以得到以下結(jié)論：1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，箱型梁下翼緣位置焊縫無(wú)法進(jìn)行焊接，故只能采用上翼緣和腹板三面圍焊的方式。為增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的承載力，需要在進(jìn)行施工安裝過(guò)程中，采取相應(yīng)措施保障腹板位置焊縫的強(qiáng)度，如使用引弧板等；2)結(jié)構(gòu)連梁下方結(jié)構(gòu)梁回頂支撐的存在，對(duì)緩解結(jié)構(gòu)連梁受力具有一定的積極作用，故只需要考慮箱型梁的承載能力。若擔(dān)心箱型梁承載能力不足，可以在加工時(shí)進(jìn)行下翼緣局部加強(qiáng)；3)雖然施工模擬的模型計(jì)算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)安全，綜合考慮施工電梯基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換體系的安全和具體施工情況，可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，如增加上拉桿等。

[1] 陳華良.施工升降機(jī)的設(shè)計(jì)與分析[D].成都:西華大學(xué),2006.

[2] 徐 磊,花 力,朱 剛.超高層建筑施工電梯空中托換平臺(tái)體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].建筑施工，2014,36(6):720-722.

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[4] 鄭 培,張 氫,盧耀祖.超高層建筑用施工升降機(jī)結(jié)構(gòu)的建模與分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào),2009,42(3)：353-381.

Construction elevator construction simulation of high base conversion

Liu Chunming1Chen Lei2Li Zhi2

(1.WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China;2.TheFirstConstructionEngineeringLimitedCompanyofChinaConstructionThirdEngineeringBureau，Nanning530000,China)

Taking some project as the example, the paper introduces the design methods for the base conversion of the construction elevator, according to the construction elevator base conversion system construction scheme, construction of the various stages of the construction process simulation, computational structural safety results judged by the construction simulation, provide some suggestions for the construction process.

construction elevator， base conversion, construction scheme, construction simulation

1009-6825(2016)16-0105-02

2016-03-26

劉春明(1988- )，男，在讀碩士

TU229

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