冠泽金融中心2A塔楼核心筒综合模架锚固要求与有限元分析
1 工程概况
冠泽金融中心2A塔楼为带腰桁架的巨柱框架-核心筒结构,地下4层,地上61层,结构总高度为293.2m。2A塔楼核心筒由11个井筒组成,最大井筒尺寸为11.2m×9.1m,最小井筒尺寸为11.2m×2.75m。核心筒施工采用由多点位液压同步顶模大平台系统、塔式起重机重型井筒提模平台系统和外爬模系统组成的综合模架体系,如图1所示。
超高层建筑核心筒施工中,爬模、顶模及提模系统均通过埋锥锚固系统固定在核心筒剪力墙上。
2 核心筒模架系统爬升原理
冠泽金融中心2A塔楼矩形核心筒平面最大尺寸为29.7m×24.9m,共有2次大的平面调整,分别为39层北侧核心筒平面收缩2个井筒、45层南侧核心筒收缩2个井筒,核心筒顶部平面尺寸为27.9m×16.4m。该顶模大平台体系布局及集成为:核心筒外侧采用SKE50液压自动爬模配定型大钢模板,南北8个内井筒采用重型井筒提模平台配TOP50钢木大模板,中间竖向过道采用双轨道SKE50液压自动爬模配TOP50钢木大模板,中间2个平面尺寸最大的井筒采用SCP多点位顶模平台。
2.1 外爬模爬升锚固要求
爬模架体锚固系统由通用爬升埋锥、止动埋件、爬锥螺栓与悬挂靴组成,如图2所示。整个爬模系统通过设置在标准机位上的锚固系统固定在核心筒上。每个外爬模单元由2个爬升机位组成,如图3所示。
根据模架技术手册,当锚固位置混凝土强度至少达10MPa时,外爬模单元可正常使用。
2.2 内顶模爬升锚固要求
顶模大平台体系由平台结构系统、模板系统、防护系统、锚固支撑系统及液压顶升系统5大部分组成。顶模埋锥位置如图4所示。
顶模大平台体系中模板、大平台、悬挂围护装置及材料、设备、施工操作人员等的荷载通过大平台格栅钢架传递至支撑钢柱,再由钢柱传递至上下支撑架,再传递至锚固悬挂构件上,并由其最终传递到墙体结构上。
根据模架操作手册,当锚固位置混凝土强度至少达10MPa时,内顶模单元可正常使用。
锚固支撑系统由上构架支撑系统和下构架支撑系统2部分组成(见图5)。正常工作状态下,上构架支撑作为大平台承重构件,大平台所有荷载主要由格栅钢架通过立柱传递至上构架,再由上构架传递至核心筒混凝土墙上。大平台顶升过程中,下构架支撑作为大平台承重构件,油缸顶升顶部平台格栅钢架,带动上构架支撑平台及模板系统整体顶升。
2.3 提模爬升锚固要求
塔式起重机提升式重型井道提升平台系统,依托井道梁锚挂在两侧剪力墙面的锚固点上,设置固定式上架体平台,井筒大模板体系悬挂于架体上,并可与平台一起提升。根据模架操作手册,当锚固位置混凝土强度至少达15MPa时,提模单元可正常使用。
3 核心筒模架埋锥分布
图6为典型截面(36~38层)埋锥分布平面(1/4部分)。其中,顶模埋锥荷载分布如图7所示。
4 埋锥荷载对核心筒影响
4.1 分析内容
验算核心筒在顶模、爬模及提模埋锥荷载作用下的核心筒受力情况,主要包括应力分布、结构变形等。考虑到核心筒内结构复杂,而埋锥对核心筒的作用为局部荷载,本文建立36,37,38层核心筒模型进行计算。
为减小分析工作量,提高计算效率,核心筒爬模及顶模架体部件未建入模型中,相应施工荷载直接通过埋锥作用在核心筒剪力墙上。考虑核心筒内钢筋分布复杂,有限元模型不考虑钢筋对核心筒受力的影响。模型建立核心筒剪力墙、连梁、顶模埋锥及爬模埋锥、型钢钢骨等实体单元。通过设置边界条件,将埋锥有限元模型埋入剪力墙模型中,即相关区域埋锥与周围混凝土变形协调。
4.2 材料性能
计算模型中,钢材屈服强度及抗拉强度参考GB 50017—2017《钢结构设计标准》取设计值。混凝土轴心抗压强度参考GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)规定取标准值fck。混凝土荷载位移曲线参考《混凝土结构设计规范》。根据模架使用手册,埋锥锚固要求混凝土强度≥10MPa。本文分析中混凝土强度等级取C15,型钢强度等级与埋锥强度等级参考核心筒设计图纸。
4.3 模型建立
该算例埋锥布置在37层,埋锥位置如图8所示。
计算时约束底层墙角3个方向平动自由度,模拟嵌固端边界条件。根据埋锥荷载分布图对核心筒施加荷载。
有限元分析模型考虑结构材料非线性、几何非线性的影响。根据前文分析可知,核心筒顶模大平台在爬升过程中包括2种受力状态:工作状态与顶升状态。计算时,对埋锥施加设计荷载,考虑1.4倍活荷载分项系数。
对工作状态及顶升状态2种工况进行计算。在工作状态下,顶模上埋锥受力,顶升状态下,下埋锥受力。除顶模埋锥在2种工况中受力不同外,其他爬模埋锥的受力及荷载情况在2种工况下相同。
4.4 计算结果分析
1)在工作状态下,埋锥荷载作用下,核心筒最大拉应力为0.88MPa,最大压应力为-2.07MPa。混凝土未超过抗拉强度并远小于抗压强度,核心筒结构处于弹性受力状态。埋锥最大等效应力为75MPa,处于弹性受力状态。
2)在顶升状态下,埋锥荷载作用下,核心筒最大拉应力为0.9MPa,最大压应力为-2.06MPa。混凝土未超过抗拉强度并远小于抗压强度,核心筒结构处于弹性受力状态。埋锥最大等效应力为75MPa,处于弹性受力状态。
3)在埋锥荷载作用下,核心筒最大变形出现在核心筒外墙连梁位置处,最大变形仅为3.27mm。
4.5 结论
经计算,当混凝土强度达到10MPa时,在埋锥荷载作用下,核心筒结构基本处于弹性受力状态,满足锚固要求。
5 语语
目前,冠泽金融中心2A塔楼核心筒已封顶,其综合模架系统已整体拆除,实践表明本文所介绍的综合模架锚固要求能有效保证模架结构及核心筒结构施工安全性。
[2]周永波,王晓冬,程广超,等.深圳湾壹号液压爬模施工难点及解决措施研究[J].施工技术,2017,46(22):82-84.
[3]石立国,向成明,燕利珍.昆明西山万达广场液压爬模抗震性能数值分析[J].施工技术,2017,46(21):98-101.
[4]崔晓强,胡玉银,陆云.超高层建筑中液压爬模技术应用[J].建筑机械化,2009,30(7):61-64.
[5]代涛,金荣,刘幸.基于模数规则的顶模桁架平台设计[J].施工技术,2018,47(22):24-28.
[6]刘旭冉,侯春明,黄和飞,等.重庆来福士广场超大截面弧形SRC巨柱爬模施工关键技术[J].施工技术,2018,47(23):15-18.