0 引言

　　目前，我国已成为世界上拥有超高层建筑最多的国家，液压爬升模板施工技术因机械化程度高、综合效益显著等优点在超高层建筑施工领域飞速发展。然而，随着建筑结构抗震性能的不断提升，越来越多的超高层建筑采用钢框架+核心筒的结构体系，使得液压爬升模板施工中伸臂桁架和爬模架体的冲突日益增多，造成爬模架体布置困难、施工难度增加、施工效率降低。

　　通过对部分超高层伸臂桁架的特殊牛腿节点进行研究，对爬模支撑体系进行了改造设计，同时，通过实体加载试验和ANSYS试验加载过程模拟分析相互验证，验证了爬模支撑系统的稳定性和安全性，改造形成了角部悬挑的爬模支撑体系，有效解决了伸臂桁架和爬模体系的碰撞问题，项目应用效果良好。

　　1 工程概况

　　某项目为“带斜撑巨柱框架核心筒”抗侧力结构体系，在避难层核心筒外侧阳角部设计有2根2m左右H型钢伸臂桁架牛腿(90°布置)，与外围框架钢结构进行连接，提高建筑结构整体稳定性。而伸臂桁架牛腿与爬模的各层平台发生碰撞，导致爬模爬升时架体平台无法正常通过，直接影响该爬模体系设计和现场施工，项目核心筒伸臂桁架牛腿如图1所示。

　　图1 核心筒伸臂桁架牛腿  

　　2 ZPM80液压自爬模构造组成

　　该项目核心筒施工选用ZPM80液压爬模作为试验爬模支撑系统，该体系由模板系统、液压系统、埋件系统、架体系统、导轨及附墙撑等组成，平台分为上平台、主平台、液压操作平台以及吊平台。主平台和液压平台宽2.8m，吊平台宽1.8m，上平台宽1m，构造如图2所示。

　　图2 液压自爬模构造组成  

　　3 爬模支撑系统改造设计

　　针对伸臂桁架牛腿与爬模的各层平台发生碰撞，爬模爬升时架体平台无法正常通过的难题，根据液压自爬模体系的架体结构特点，对爬模架体布置进行了如下深化设计:对各层平台和平台梁进行断开处理，形成一个矩形豁口，仅保留最外侧型钢梁，吊平台全部断开。豁口区域安装可翻转平台板，在爬模爬升前，打开翻转平台板，平台通过后，亦可复位。角部悬挑爬模支撑体系可有效避免该碰撞问题，现场施工方便灵活，施工效率提高，项目核心筒外爬模平面布置如图3所示。

　　图3 某项目核心筒外爬模平面布置  

　　4 爬模支撑系统稳定加载试验

　　为有效评估角部悬挑爬模支撑体系的稳定性和安全性，结合目前常用爬模构造，通过搭建1∶1比例试验模型进行稳定加载试验，分析爬模支撑系统的工作性能及应力变化情况，试验方案设计如下。

　　1)混凝土试验墩长6m，宽3.5m，高17m。依据试验墩尺寸设置8m长的液压自爬模单元进行爬模失稳试验，爬模单元总高13.2m，机位间距为4.2m，两侧悬挑端为1.9m，伸臂桁架干涉端开长0.5m宽，宽2.6m的豁口。在悬挑端形成悬挑小平台，主平台、液压平台长为1m，宽为2.8m;吊平台长1m，宽为1.8m。

　　2)根据液压自爬模体系的结构和伸臂桁架牛腿位置，对爬模架体的平台靠结构侧2根型钢梁(主平台、液压平台)进行切断处理，主平台和液压平台各保留外侧1根型钢梁。吊平台2根平台梁全部断开，架体端部平台形成悬挑小平台结构。主平台的H型钢梁、液压平台的背靠背双槽钢钢梁、主平台悬挑梁、液压平台悬挑梁、斜拉杆形成空间框架，荷载由悬挑小平台传至主平台悬挑梁和液压平台悬挑梁，最终传至爬模承重三脚架。其中对悬挑小平台结构进行斜上拉处理，减少方管柱以及连接螺栓的弯矩，使悬挑小平台前端更加稳定，试验爬模支撑系统如图4所示，悬挑小平台架体设计如图5所示。

　　5 试验加载过程

　　本次试验主要目的是研究伸臂桁架牛腿特殊节点处液压自爬模架体的非常规受力状态，获取应力应变值和架体实际承载力，为爬模架体设计提供有效依据，试验加载方案如下。

　　1)加载部位主平台的悬挑小平台(2.8m²)。

　　2)数据采集设备吊车、应变计、传感器、全站仪。

　　3)应变监测部位选爬模支撑系统的角部悬挑平台、爬模支撑系统的主梁等关键构件进行实时应变监测。

　　图4 试验爬模支撑系统  

　　图5 悬挑小平台架体结构设计  

　　4)荷载加载方式荷载加载为每次1t(水泥试块0.5t/块)，加载时间间隔为15min/次，进行数据采集。

　　5)加载终止状态受力杆件达到材料屈服强度，得到荷载数值。

　　6 液压自爬模架体整体结构分析

　　在伸臂桁架牛腿的特殊节点中，相对于液压自爬模常规受力状态发生了较大变化，主要体现在主平台外侧的通长H型钢钢梁和液压平台的外侧双槽钢通长钢梁上，非常规受力状态的悬挑小平台对H型钢钢梁产生向内侧和向下的双向弯矩，对双槽钢钢梁产生向外侧和向下的双向弯矩。

　　通过ANSYS计算软件建立力学计算模型，进行试验加载模拟受力分析。在主平台悬挑小平台加载70k N时，主平台H型钢通长钢梁出现弯矩超限，最大弯矩点出现在悬挑小平台端，距端头1.9m处，弯矩值为18.26k N·m，端头下沉17mm，架体最大变形出现在吊平台，变形值达到41.7mm。此时，液压平台双槽钢型材通长钢梁弯矩最大值与H型钢型材通长钢梁出现位置相同，弯矩值为19.2k N·m，液压自爬模架体计算力学模型如图6所示，液压自爬模架体变形如图7所示，液压自爬模架体弯矩如图8所示。

　　图6 液压自爬模架体计算力学模型  

　　图7 液压自爬模架体变形  

　　图8 液压自爬模架体弯矩  

　　7 液压自爬模悬挑端关键杆件的受力分析

　　稳定加载试验的液压自爬模受力最关键的杆件是主平台H型钢通长钢梁和液压平台双槽钢通长钢梁的受弯构件，同时也是受力变形最明显的杆件。通过对这两根型材钢梁进行受力分析和简易计算，主平台H型钢钢梁计算如下。H型钢截面系数5.04×10⁵mm³;截面积5 531.84mm²。主平台H型钢通长钢梁经计算模型得:所受最大弯矩为18.26k N·m，最大轴力为15.32k N。

　　抗弯计算:

　　抗拉计算:

　　主平台双槽钢型钢钢梁计算如下:双槽钢型钢截面系数3.51×10⁵mm³，截面积5 689.11mm²。液压平台双槽钢型钢通长钢梁经计算模型得:所受最大弯矩为19.2k N·m;最大轴力为14.181k N。

　　抗弯计算:

　　抗拉计算:

　　8 试验数据与理论计算数据对比分析

　　根据爬模支撑系统试验结果数据，经过八级加载，共加载78.4k N。各构件的应力-应变呈线性变化。爬模支撑架体无失稳现象发生，在78.4k N荷载作用下，各杆件可以在弹性变形下保持工作，其中液压平台外侧双槽钢通长钢梁以及主平台外侧H型钢通长钢梁的应变发展最快，应变增加约900με，与理论计算模型构件稳定性发展趋势相似。

　　通过用计算软件整体建模验算并结合力学公式计算，液压自爬模架体在主平台加载70k N时，主平台H型钢通长钢梁出现弯矩超限。在实际试验中，液压自爬模架体在加载78.4k N时，上平台H型钢通长钢梁应力应变呈直线上升，且变形速度加快，达到屈服极限临近状态;由此验证了理论受力分析的准确性。

　　根据规范要求，爬模平台承载力应满足5.0k N/m²，本次试验实际加载78.4k N。加载区域面积为2.8m²，由此计算得出:本次试验加载荷载为28k N/m²。与规范要求荷载值相比较，有5.6倍的安全系数，符合规范要求且满足实际需求，安全可靠。

　　9 结语

　　本文结合某项目伸臂桁架的牛腿特殊节点，对液压自爬模试验架体进行了优化改造设计，通过模拟结果与试验结果对比可知，模拟结果的应变发展与位移发展均与试验吻合较好，并经过与规范荷载要求相比较，悬挑小平台的承载能力满足规范要求。

　　在实际工程中，还应根据建筑所处地域、建筑高度充分考虑风荷载的影响并留一定的安全系数。此次试验为今后在超高层建筑中出现的伸臂桁架牛腿部位的爬模架体设计提供了可靠的依据，积累了成功经验。