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近二十年,中国大中城市迎来摩天大楼的建设热潮,该类建筑由于高度高、结构形式复杂等特点,在施工过程中会遇到很多施工难题。目前常用的高层建筑核心筒施工工法主要有液压滑模工法,液压爬升模板工法以及最近在深圳京基100项目上成功使用了整体顶升钢平台模架工法等。比较以上工法,在材料运输周转率、对核心筒竖向截面变化适应能力等方面,整体项升钢平台模架工法均优于另外几种施工工法。
考虑到钢平台体系为依附在建筑顶端的附属结构,它不同于主体结构和围护结构,此时该结构受到高空的风荷载作用,高空的风荷载甚至是它的主导荷载,同时该结构头重脚轻,因此结构的强度和稳定性问题尤为突出。若对结构没有进行深入的分析,不仅施工质量难以得到很好的保证,甚至可能会带来工程事故。
本文以某在建超高层建筑为工程背景,对该建筑塔楼核心筒施工所选取的整体顶升钢平台模架体系工法中的钢桁架平台进行设计,并用大型通用有限元软件对设计的结构进行强度、刚度以及特征值屈曲稳定性计算,然后根据计算结果对设计的钢平台做进一步的优化并给出工程建议。主要的研究内容和成果如下:
1.分析背景工程的核心筒施工特点,结合工程特点设计出符合背景工程核心筒结构特点的整体顶升钢平台模架体系并描述其安装和施工流程。
2.建立钢平台的有限元模型,研究钢平台及其依附核心筒的结构动力特性,结合钢平台施工特点选取它的三种工作状态在各种荷载(尤其是风荷载)下进行安全性分析,并验算结构的刚度和强度。初步得出设计的结构在正常工作下满足强度和刚度要求。在严苛的工况设定下,有安全隐患。
3.结合结构屈曲理论,运用ANSYS软件对考虑了初始缺陷的结构进行特征值屈曲数值分析,得出结构的临界屈曲稳定荷载,并预测结构若发生失稳,其可能出现的失稳模式。
4.结合计算结果,对钢平台结构进行优化,并给出工程施工建议。