筒架與筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺(tái)模架設(shè)計(jì)計(jì)算分析

王小安 梁穎元 李 陽(yáng) 黃國(guó)華

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080，2. 上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

0 引言

在高層混凝土結(jié)構(gòu)施工中采用先進(jìn)的模板技術(shù)，對(duì)提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、降低建造成本大有益處。目前比較常用的模架裝備為滑模與爬模。但隨著建造高度的增加，這兩類模架裝備逐漸暴露出一些固有缺陷[1]。

液壓爬升整體鋼平臺(tái)模架裝備是上海建工集團(tuán)為適應(yīng)高層混凝土結(jié)構(gòu)施工需要而研發(fā)出的一套新型模架體系，具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。早在20年前，上海建工集團(tuán)即在東方明珠電視塔的施工中率先采用了一種創(chuàng)新型的內(nèi)筒外架式整體爬升模架裝備。在隨后的金茂大廈、上海環(huán)球金融中心等地標(biāo)性建筑的施工中，上海建工集團(tuán)對(duì)這套模架裝備進(jìn)一步創(chuàng)新，研發(fā)出一套鋼柱支撐式模架裝備[2]。有關(guān)學(xué)者對(duì)這2 套模架裝備已進(jìn)行了大量的研究[3-7]。

為了適應(yīng)更多體型高層混凝土結(jié)構(gòu)的施工，進(jìn)一步擴(kuò)展這種模架裝備的應(yīng)用范圍，上海建工集團(tuán)經(jīng)過創(chuàng)新實(shí)踐，又提出了一種筒架與筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺(tái)模架裝備[8]。這套模架裝備目前已在上海中心大廈核心筒結(jié)構(gòu)的施工中得到了應(yīng)用。為了保證這套模架裝備的安全性與適用性，在這套模架裝備投入應(yīng)用之前，有關(guān)研究人員已對(duì)其進(jìn)行了系列研究，其中包括對(duì)這套模架裝備進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算。

本文將以上海中心大廈核心筒結(jié)構(gòu)建造為背景，對(duì)筒架與筒架交替支撐式整體鋼平臺(tái)模架進(jìn)行計(jì)算分析。

1 筒架與筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺(tái)模架的建立

1.1 模架裝備建立的背景

上海中心大廈位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，總高度632 m，主樓地下5 層、地上120 層，是1 棟超高層建筑。上海中心大廈的混凝土核心筒結(jié)構(gòu)沿高度方向發(fā)生多次變形：在13～21層，核心筒為九宮格形狀，如圖1（a）所示，在84～101層則變?yōu)槭中螤睿鐖D1（d）所示。為適應(yīng)上海中心大廈這種核心筒結(jié)構(gòu)被內(nèi)隔墻分隔成多個(gè)小筒的體型特征，更高效、安全地實(shí)現(xiàn)核心筒結(jié)構(gòu)的建造，研發(fā)出一套新型的筒架與筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺(tái)模架裝備。

1.2 模架裝備的基本組成

筒架與筒架交替支撐式模架裝備由5 部分組成，分別為鋼平臺(tái)系統(tǒng)、腳手架系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)與模板系統(tǒng)，如圖2所示。

鋼平臺(tái)系統(tǒng)處于整個(gè)模板體系的頂部，由鋼梁框架、蓋板、格柵板、圍擋板等單元組成，作為材料周轉(zhuǎn)堆場(chǎng)，提供頂部操作空間。

圖1 上海中心大廈核心筒變形

圖2 筒架與筒架交替支撐式模架裝備剖面示意

腳手架系統(tǒng)懸掛在鋼平臺(tái)系統(tǒng)的下方，按照其與核心筒結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置分為內(nèi)側(cè)腳手架與外側(cè)腳手架。腳手架系統(tǒng)的吊架由槽鋼、鋼管組成，通過鋪設(shè)走道板、在遠(yuǎn)離核心筒墻體的側(cè)面設(shè)置圍擋板形成全封閉環(huán)境。為滿足混凝土施工的立體操作要求，腳手架系統(tǒng)共分為6 層，上3 層是綁扎鋼筋、澆筑混凝土的作業(yè)層，下3 層是拆模整修作業(yè)層。

支撐系統(tǒng)位于核心筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，由擱置筒架支撐與爬升筒架支撐組成，二者分別用于正常工作狀態(tài)及爬升狀態(tài)。其中擱置筒架支撐由立柱和橫梁組成，頂部與鋼平臺(tái)系統(tǒng)相連，底部通過鋼牛腿與核心筒結(jié)構(gòu)側(cè)面相連。擱置筒架支撐共分為7 層，其中上6 層（1～6層）兼作腳手架，最下1 層（7 層）為支承鋼牛腿所在層。爬升筒架支撐由1 層鋼梁組成，支撐牛腿布置在鋼梁上，可與核心筒結(jié)構(gòu)側(cè)面相連。

擱置筒架支撐與爬升筒架支撐之間通過動(dòng)力系統(tǒng)相連。動(dòng)力系統(tǒng)采用長(zhǎng)行程液壓油缸。

這套模架裝備應(yīng)用了工具化設(shè)計(jì)理念，由多系統(tǒng)、多模塊拼裝組合而成，方便進(jìn)行部分拆除，故對(duì)上海中心大廈這種核心筒結(jié)構(gòu)沿高度形狀發(fā)生變化的情況具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

1.3 模架裝備施工工作原理

施工過程中模架裝備存在2 個(gè)典型的工作狀態(tài)，即正常工作狀態(tài)與爬升狀態(tài)。

在正常工作狀態(tài)中，如圖3（a）所示，爬升筒架支撐的鋼牛腿與核心筒結(jié)構(gòu)脫離，擱置筒架支撐的鋼牛腿與核心筒結(jié)構(gòu)相連。此時(shí)，腳手架系統(tǒng)的豎向荷載直接傳遞給鋼平臺(tái)系統(tǒng)，鋼平臺(tái)系統(tǒng)再將荷載傳至擱置筒架支撐，再通過鋼牛腿傳遞給核心筒結(jié)構(gòu)。

在爬升狀態(tài)中，如圖3（b）所示，擱置筒架支撐的鋼牛腿與核心筒結(jié)構(gòu)脫離，爬升筒架支撐的鋼牛腿與核心筒結(jié)構(gòu)相連。此時(shí)，腳手架系統(tǒng)的豎向荷載首先傳遞給鋼平臺(tái)系統(tǒng)，再通過擱置筒架支撐傳遞至動(dòng)力系統(tǒng)，進(jìn)而傳遞給爬升筒架支撐，最后通過鋼牛腿傳遞至核心筒結(jié)構(gòu)。

擱置筒架支撐與核心筒結(jié)構(gòu)之間設(shè)有附墻滑輪，滑輪可通過強(qiáng)力彈簧頂壓填充擱置筒架支撐與核心筒結(jié)構(gòu)之間的間隙，故可傳遞水平側(cè)向力。

2 計(jì)算模型的建立

2.1 受力工況及荷載分析

對(duì)應(yīng)于2 種典型工作狀態(tài)，模架裝備的受力工況分為正常工作工況與爬升工況。

2.1.1 正常工作工況荷載分析

正常工作工況須考慮的荷載包括恒荷載、施工活荷載及風(fēng)荷載。

圖3 模架裝備豎向傳力途徑

各荷載的取值情況如下：

2.1.1.1 恒荷載

（a）鋼結(jié)構(gòu)的恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值按桿件尺寸及材料密度計(jì)算。

（b）鋼平臺(tái)系統(tǒng)鋪板自重標(biāo)準(zhǔn)值取0.6 kN/m2；

腳手架系統(tǒng)及擱置筒架支撐系統(tǒng)1～5 層鋪設(shè)鋼板網(wǎng)，自重標(biāo)準(zhǔn)值0.2 kN/m2；6 層鋪設(shè)厚4 mm鋼板（花），自重標(biāo)準(zhǔn)值0.4 kN/m2；7層鋪設(shè)花紋板自重標(biāo)準(zhǔn)值0.4 kN/m2；內(nèi)側(cè)防護(hù)網(wǎng)自重標(biāo)準(zhǔn)值0.1 kN/m2。

（c）外側(cè)圍護(hù)彩鋼板（含連接件）自重標(biāo)準(zhǔn)值0.15 kN/m2。

（d）長(zhǎng)行程液壓油缸自重標(biāo)準(zhǔn)值15 kN/臺(tái)，共36 臺(tái)；泵站自重標(biāo)準(zhǔn)值15 kN/個(gè)，共8 個(gè)；鋼牛腿自重標(biāo)準(zhǔn)值5 kN/個(gè)，共36 個(gè)。

（e）電氣控制及安全控制室15 kN/個(gè)，共1個(gè)。

（f）模板體系自重標(biāo)準(zhǔn)值2 100 kN。

（g）外掛腳手架自重荷載作為荷載加在整體模型上，其標(biāo)準(zhǔn)值為850 kN。

（h）布料機(jī)自重標(biāo)準(zhǔn)值110 kN/臺(tái)，共2臺(tái)。

2.1.1.2 施工活荷載

（a）施工人員荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.75×200=150 kN。

（b）堆載主要考慮鋼筋，鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值取1 500 kN。

2.1.1.3 風(fēng)荷載

出于施工安全的考慮，當(dāng)風(fēng)力在8 級(jí)（含8 級(jí)）以下時(shí)，模架裝備上可進(jìn)行正常施工作業(yè)；超過8 級(jí)應(yīng)停止施工。正常工作工況中風(fēng)荷載偏于安全地按12 級(jí)風(fēng)取。風(fēng)速取為v=41.5 m/s，基本風(fēng)壓為：w0=v2/1 600≈1.08 kN/m2。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的取值可按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009—2012[9]的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.1.2 爬升工況荷載分析

爬升工況須考慮的荷載包括恒荷載以及少量的操作人員荷載，不包括模板荷載和鋼筋堆載。

2.1.2.1 恒荷載

（a）～（k）與正常工作工況相同。

2.1.2.2 施工活荷載

（a）電焊機(jī)1.5 kN/臺(tái)，共20 臺(tái)。

（b）操作人員活荷載：0.75×30=22.5 kN。

2.1.2.3 風(fēng)荷載

出于施工安全的考慮，模架裝備爬升需在6 級(jí)以下風(fēng)力下進(jìn)行；當(dāng)風(fēng)力達(dá)到6 級(jí)以上時(shí)，模架裝備應(yīng)停止頂升。爬升工況中風(fēng)荷載偏于安全地按照8 級(jí)風(fēng)取。風(fēng)速取為v=20.7 m/s，基本風(fēng)壓為：w0=v2/1 600≈0.27 kN/m2。此基本風(fēng)壓小于《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009—2012[9]規(guī)定的50年一遇（10 m高處）的基本風(fēng)壓，故根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)對(duì)基本風(fēng)壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，取w0=0.54 kN/m2。

2.2 有限元計(jì)算模型的建立

基于有限元軟件Midas Gen建立筒架與筒架交替支撐式整體鋼平臺(tái)模架的計(jì)算模型。

模架裝備須隨核心筒結(jié)構(gòu)形狀的變化（圖1）相應(yīng)變形調(diào)整。故針對(duì)每次變形后的模架裝備均應(yīng)建立有限元計(jì)算模型進(jìn)行分析。但受篇幅限制，本文僅針對(duì)變形前（13～21層）及第3次變形后（81～101層）的模架裝備進(jìn)行計(jì)算分析。針對(duì)這2 種體型分別建立有限元計(jì)算模型，見圖4（a）、圖4（b）。

圖4 模架裝備有限元計(jì)算模型示意

有限元模型包含了模架裝備的主要受力部件，對(duì)部分次要的部件進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。有限元模型包括：鋼平臺(tái)系統(tǒng)主要受力桿件、擱置筒架支撐主要受力桿件、爬升筒架支撐主要受力桿件、內(nèi)側(cè)腳手架的主要受力桿件、動(dòng)力系統(tǒng)主要受力部件。外側(cè)腳手架、鋼平臺(tái)的鋪板及圍擋板、腳手架系統(tǒng)的鋪板及圍擋板等次要部件均不包含于有限元計(jì)算模型中，這部分結(jié)構(gòu)的自重及所承受的施工活荷載、風(fēng)荷載等均處理為作用力施加在計(jì)算模型上。

計(jì)算模型中，模架裝備主體結(jié)構(gòu)梁、柱構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M，但內(nèi)側(cè)腳手架吊掛體系豎向桿件主要用于懸掛走道板及防護(hù)網(wǎng)架，其軸向承壓能力相比于柱而言可忽略不計(jì)，故在模型中只考慮其軸向受拉能力，采用索單元模擬。

計(jì)算模型在正常工作工況與爬升工況中具有不同的邊界約束條件。正常工作工況中，爬升筒架支撐釋放約束，擱置筒架支撐底部鋼牛腿位置處設(shè)置約束。爬升工況中，爬升筒架支撐鋼牛腿位置處設(shè)置約束，擱置筒架支撐釋放約束。擱置筒架支撐、爬升筒架支撐與核心筒墻體之間的連接簡(jiǎn)化處理為鉸接。在擱置筒架支撐上設(shè)置有附墻導(dǎo)輪的位置處，設(shè)置側(cè)向彈簧約束，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并考慮土建施工誤差，剛度取k=25 000 kN/m。計(jì)算模型中梁與柱單元之間、梁與梁?jiǎn)卧g、梁與殼單元之間根據(jù)實(shí)際節(jié)點(diǎn)剛度采用剛接、鉸接或半剛性連接。

3 整體模型計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 基本設(shè)計(jì)原則

考慮到模架裝備長(zhǎng)期服役，在施工過程中歷經(jīng)多次變形、多次拆分，為充分保證其可靠性，在設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)采用的基本控制原則為：

（a）由于擱置筒架支撐立柱是重要的支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中應(yīng)保證其穩(wěn)定性，控制其應(yīng)力比不大于0.8；

（b）整個(gè)模架結(jié)構(gòu)存在多處懸挑，控制其撓度變形不超過40 mm。

3.2 變形前模型計(jì)算結(jié)果及分析

正常工作狀態(tài)中擱置筒架支撐共設(shè)32 只牛腿固定在核心筒結(jié)構(gòu)上，爬升狀態(tài)中共設(shè)36 只液壓油缸共同頂升模架裝備。

3.2.1 正常工作工況

應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果如圖5所示。除個(gè)別桿件應(yīng)力比超過0.7以外（最大應(yīng)力比為0.787，發(fā)生在2 根立柱之間的連接小梁處），多數(shù)桿件應(yīng)力比均控制在0.6以內(nèi)，滿足要求。

模架結(jié)構(gòu)豎向變形如圖6所示，最大豎向變形發(fā)生在懸挑長(zhǎng)度較大的4 個(gè)角點(diǎn)處，最大值約為34.8 mm。鋼平臺(tái)系統(tǒng)中間部分最大豎向變形發(fā)生在其中間部位，約為17.7 mm。

模架結(jié)構(gòu)2 個(gè)方向的水平位移分別如圖7、圖8所示，最大變形值約24.3 mm。可見，模架結(jié)構(gòu)整體性較好，側(cè)向變形比較均勻。

3.2.2 爬升工況

圖5 正常工作工況承重結(jié)構(gòu)應(yīng)力比

圖6 正常工作工況鋼平臺(tái)豎向變形（單位：mm）

圖7 正常工作工況X方向水平位移（單位：mm）

圖8 正常工作工況Y方向水平位移（單位：mm）

爬升工況中，模架結(jié)構(gòu)恒載總計(jì)10 483 kN（除此之外尚有少量設(shè)備、操作人員等活荷載，約50 kN）。單個(gè)油缸最大載荷為450 kN，總載荷能力為450×36=16 200 kN＞10 483 kN，滿足爬升過程的能力要求。

按各油缸有效載荷一致、頂升過程各油缸相對(duì)位移差控制在5 mm以內(nèi)的原則，經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)出各油缸在恒載作用下的頂升力，見表1。可見油缸最大頂升力為337 kN，故爬升工況中油缸頂升能力滿足要求。

表1 各油缸頂升力N

應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果如圖9所示。除個(gè)別桿件應(yīng)力比超過0.6以外（最大應(yīng)力比為0.654，發(fā)生在最上層角部的立柱處），多數(shù)桿件應(yīng)力比均控制在0.6以內(nèi)，滿足要求。

模架結(jié)構(gòu)豎向變形如圖10所示，最大豎向變形發(fā)生在懸挑長(zhǎng)度較大的4 個(gè)角點(diǎn)處，約為26.4 mm。鋼平臺(tái)系統(tǒng)中間部分最大豎向變形發(fā)生在其中間部位，約為12.1 mm。

兩方向水平位移如圖11、圖12所示，最大變形值約16.7 mm。施工過程中當(dāng)風(fēng)力超過6 級(jí)時(shí)即停止頂升，實(shí)際變形值將小于計(jì)算值，故模架結(jié)構(gòu)具備足夠的安全儲(chǔ)備。

圖9 爬升工況承重結(jié)構(gòu)應(yīng)力比

圖10 爬升工況鋼平臺(tái)豎向變形（單位：mm）

圖11 爬升工況X方向水平位移（單位：mm）

圖12 爬升工況Y方向水平位移（單位：mm）

3.3 變形后模型計(jì)算結(jié)果及分析

正常工作狀態(tài)中擱置筒架支撐共設(shè)24 只牛腿固定在核心筒結(jié)構(gòu)上，爬升狀態(tài)中共設(shè)24 只液壓油缸共同頂升模架裝備。

3.3.1 正常工作工況

應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果如圖13所示。多數(shù)桿件應(yīng)力比均控制在0.7以內(nèi)，立柱的應(yīng)力比最大為0.774，發(fā)生在最上1 層角部的立柱處。模架變形后，有7 根連接立柱的小梁應(yīng)力比超過1.0，故建議在變形后加固這些小梁。

豎向變形如圖14所示，最大豎向變形發(fā)生某2 個(gè)懸挑角點(diǎn)處，約為35.1 mm。相比變形前模型的計(jì)算結(jié)果，最大豎向變形有所減小，原因在于變形較大的4 個(gè)角點(diǎn)已被拆除。鋼平臺(tái)系統(tǒng)中間部分的最大豎向變形發(fā)生在其中間部位，約為12.25 mm。

圖13 正常工作工況承重結(jié)構(gòu)應(yīng)力比

圖14 正常工作工況鋼平臺(tái)豎向變形（單位：mm）

兩方向水平位移如圖15、圖16所示，最大約為31.7 mm。與變形前的模型計(jì)算結(jié)果相比，最大位移略有增大，原因在于變形后模架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度有所減弱。

圖15 正常工作工況X方向水平位移（單位：mm）

圖16 正常工作工況Y方向水平位移（單位：mm）

3.3.2 爬升工況

爬升工況中，結(jié)構(gòu)恒載總計(jì)6 656 kN（除此之外尚有少量設(shè)備、操作人員等活荷載，約50 kN）。動(dòng)力系統(tǒng)的總載荷為450×24=10 800 kN＞6 656 kN，爬升能力滿足要求。在恒載作用下各油缸頂升力見表2，最大為36 7kN＜450 kN，滿足要求。

表2 各油缸頂升力N

應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果如圖17所示。除個(gè)別桿件應(yīng)力比超過0.6以外（最大應(yīng)力比為0.653），多數(shù)桿件應(yīng)力比均控制在0.6以內(nèi)，滿足要求。

圖17 爬升工況承重結(jié)構(gòu)應(yīng)力比

圖18 爬升工況鋼平臺(tái)豎向變形（單位：mm）

圖19 爬升工況X方向水平位移（單位：mm）

圖20 爬升工況Y方向水平位移（單位：mm）

模架結(jié)構(gòu)豎向變形如圖18所示，最大豎向變形發(fā)生在2 個(gè)懸挑角點(diǎn)處，約為19.71 mm。此值相比變形前的模型計(jì)算結(jié)果有所減小。鋼平臺(tái)系統(tǒng)中間部分最大豎向變形發(fā)生在其中間部位，約為9.2 mm。

兩方向水平位移如圖19、圖20所示，最大約為20.8 mm。與變形前的模架計(jì)算結(jié)果相比，位移略有增大。

3.4 各工況下的施工要求

為保證模架結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)與計(jì)算分析時(shí)的假定保持一致，須在施工時(shí)注意以下問題：

（a）正常工作狀態(tài)下，應(yīng)嚴(yán)格控制模架結(jié)構(gòu)上的施工活荷載（鋼筋堆載），尤其是懸挑部位和鋼平臺(tái)中間部位不得出現(xiàn)較大堆載，防止出現(xiàn)過大的撓度。

（b）施工時(shí)當(dāng)風(fēng)力超過8 級(jí)時(shí)，模架裝備上應(yīng)停止施工作業(yè)。

（c）正常工作工況中，風(fēng)荷載按照12 級(jí)風(fēng)取。故當(dāng)風(fēng)力大于12 級(jí)時(shí)，模架裝備應(yīng)與核心筒結(jié)構(gòu)之間設(shè)置臨時(shí)拉結(jié)，通過增加連接點(diǎn)數(shù)目與核心筒結(jié)構(gòu)形成整體，依靠核心筒結(jié)構(gòu)抵抗風(fēng)荷載。

（d）爬升狀態(tài)下，應(yīng)嚴(yán)格控制模架結(jié)構(gòu)上的活荷載量值及分布區(qū)域，禁止在爬升過程中出現(xiàn)活荷載集中布置的情況，保證液壓油缸不超載。

（e）建議模架裝備在正式爬升之前先進(jìn)行預(yù)頂升試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果修正爬升時(shí)油缸的位移、頂升載荷參數(shù)。

（f）嚴(yán)格控制土建施工的誤差，如各牛腿的豎向相對(duì)高度誤差等，避免因誤差過大而在模架結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生過大的次內(nèi)力。

4 關(guān)鍵支承節(jié)點(diǎn)受力分析

本節(jié)重點(diǎn)分析鋼牛腿節(jié)點(diǎn)以及混凝土墻體牛腿節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)和爬升狀態(tài)下，模架裝備分別通過擱置筒架支撐、爬升筒架支撐底部的鋼牛腿傳遞豎向力，并最終傳遞至混凝土墻體牛腿節(jié)點(diǎn)，故有必要對(duì)這2 個(gè)關(guān)鍵支承節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)進(jìn)行分析。

圖21 模架裝備關(guān)鍵支承節(jié)點(diǎn)示意

4.1 鋼牛腿節(jié)點(diǎn)受力分析

基于有限元軟件Midas Gen建立鋼牛腿有限元分析模型。鋼牛腿節(jié)點(diǎn)厚度110 mm，材料為Q390鋼材。如圖22所示，鋼牛腿采用厚板單元模擬，作用荷載偏于安全地取為700 kN（根據(jù)整體模型計(jì)算結(jié)果，鋼牛腿所受最大豎向力為647 kN）。

圖22 鋼牛腿有限元模型

鋼牛腿豎向變形計(jì)算結(jié)果見圖23，懸臂端最大豎向變形為1.24 mm。鋼牛腿Von Mises應(yīng)力分布如圖24所示，最大為297 MPa。鋼牛腿節(jié)點(diǎn)的受力與變形均滿足要求。

圖23 鋼牛腿豎向位移（單位：mm）

圖24 鋼牛腿von Mises應(yīng)力（單位：MPa）

4.2 混凝土墻體牛腿節(jié)點(diǎn)受力分析

此節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中，一般通過配置間接鋼筋以增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的局部承壓能力。由于鋼牛腿結(jié)構(gòu)附墻時(shí)，混凝土的強(qiáng)度并未達(dá)到設(shè)計(jì)值，故需根據(jù)混凝土的實(shí)際養(yǎng)護(hù)齡期選擇合適的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值進(jìn)行局部承壓驗(yàn)算。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)施工標(biāo)準(zhǔn)樓層時(shí)，牛腿部位的混凝土已養(yǎng)護(hù)7～8 d，混凝土強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到C30～C40，計(jì)算時(shí)可按C30取值。當(dāng)進(jìn)行特殊樓層（伸臂桁架層）施工時(shí)，牛腿部位的混凝土養(yǎng)護(hù)齡期為4～5 d，混凝土強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到C25～C30，計(jì)算時(shí)可按C25考慮。

5 結(jié)語(yǔ)

筒架與筒架交替支撐式整體鋼平臺(tái)模架裝備，是適用于高層混凝土結(jié)構(gòu)施工的一種新型模架裝備，對(duì)建造過程中混凝土結(jié)構(gòu)體型發(fā)生變形的情況具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。本文以上海中心大廈核心筒結(jié)構(gòu)施工為背景，對(duì)施工中這種新型模架裝備的2 種典型體型，分別建立有限元計(jì)算模型，并在正常工作工況及爬升工況下對(duì)其受力性能分別進(jìn)行了分析。

本文主要得到了以下結(jié)論：

（a）在整個(gè)建造過程中模架結(jié)構(gòu)的受力與變形均滿足要求，安全可靠。

（b）模架裝備重要支承節(jié)點(diǎn)（包括擱置筒架支撐與爬升筒架支撐的鋼牛腿、混凝土墻體牛腿節(jié)點(diǎn)等）的受力均滿足要求。

（c）模架裝備在施工時(shí)應(yīng)采取一系列措施，保證模架結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)與計(jì)算假定一致。

本文的研究工作為順利實(shí)現(xiàn)上海中心大廈核心筒結(jié)構(gòu)的建造提供了依據(jù)，也為同類腳手模板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了參考。

鳴謝：本項(xiàng)研究工作得到了上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的大力資助，資助課題名稱為《上海高大結(jié)構(gòu)建造工藝與裝備工程技術(shù)研究中心》，編號(hào)為12DZ2251500。