施工電梯高位基礎轉換施工模擬

劉春明 陳 磊 李 直

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

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施工電梯高位基礎轉換施工模擬

劉春明1陳 磊2李 直2

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

以某工程為例，介紹了施工電梯高位基礎轉換設計方法，并根據施工電梯基礎轉換體系施工方案，對施工過程各個階段進行了施工模擬，由施工模擬計算結果評判了結構的安全性，并提出了一些施工建議。

施工電梯，基礎轉換，施工方案，施工模擬

0 引言

施工電梯是建筑施工活動中必不可少的施工機械，主要進行施工人員及部分施工材料的垂直運輸工作[1]。施工電梯安裝高度過高會給施工活動帶來很多不利影響：增加垂直運輸時間，降低運輸效率；增加施工電梯標準節的配置需求，增加成本；長期占用部分永久結構施工空間，延長施工工期[2]。針對施工電梯安裝高度過高帶來的一系列問題，提出分階段使用施工電梯的方案，即由電梯一到達轉換層后經電梯二到達目標樓層。該方案實施前提是要確定轉換層，為了降低施工電梯安裝高度，還需在轉換層搭設施工電梯基礎，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m2，由兩棟超高層塔樓、多層裙樓和地下停車場組成。1號塔樓建筑高度為381.25 m，地上部分共有82層，主要功能為寫字樓和超星級酒店等。2號塔樓建筑高度為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。在核心筒內共架設3架施工電梯，施工電梯布置平面圖見圖1。 DT-2位于核心筒內，長期占用部分結構施工空間，影響了施工進度。該方案利用DT-1，DT-3兩架施工電梯到達轉換層，然后換乘DT-2到達轉換層以上樓層。

2 基礎轉換設計與施工方案

轉換層的確定要根據施工進度、標準節安裝高度和結構層標高等方面來確定，其確定原則為：轉換前后施工電梯的安裝高度均應小于其最大安裝高度；盡量保證轉換前后兩部分高度相同或相近，便于標準節配置和節省材料；轉換層標高與標準節特制轉換節標高相同；在不進行結構加固的前提下盡可能的使用現有結構。該工程根據轉換層確定原則，經過分析確定轉換層為42層。

2.1 基礎轉換結構設計

基礎轉換采用以箱型梁為主體，再輔以下斜撐、回頂支撐等結構增加結構的穩定性和承載力。箱型梁分為4節，其中第一節箱型梁與特制標準節作為一部分存在。箱型梁由30 mm厚鋼板焊接而成并在箱型梁內部布置肋板以增大箱型梁的局部穩定性；特制標準節的立柱采用直徑為75 mm的實心圓鋼；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。 基礎轉換結構示意圖如圖2所示。

2.2 施工方案

確定轉換層以后便可進行施工前的準備工作。首先要將設計圖紙交由鋼結構加工廠進行鋼結構制作并運輸至施工現場指定位置。由于基礎轉換結構主要涉及到41層、42層與43層三層，所以在41層～43層施工時要進行埋件的埋設工作，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，主要進行主體結構與箱型梁、回頂支撐、下斜撐等的連接，吊裝埋件主要分布在43層結構連梁位置，主要提供箱型梁等安裝時的吊裝承力點。

標準節安裝高度達到42層標高時即可進行第一節箱型梁與特制標準節的安裝工作，然后根據施工進度依次安裝箱型梁其余節、上回頂支撐、下回頂支撐、下斜撐。下斜撐安裝時要將42層以下標準節的頂部位置兩節標準節拆掉以方便下斜撐的安裝。

3 數值模擬分析

施工模擬是在施工前進行的模擬分析，根據分析結果判斷施工過程的安全可靠性和施工方案的可行性。采用國際通用的結構分析軟件ANSYS進行模擬計算，其中箱型梁、回頂支撐、下斜撐均為Shell181單元，結構連梁和樓板為Solid185單元，特制標準節立柱和橫桿為Beam188單元。利用ANSYS自帶建模功能，建立基礎轉換體系模型，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。

根據結構承載能力極限狀態，按荷載的基本組合計算荷載的

最不利組合。綜合施工現場荷載，基本組合的荷載分項系數按建筑結構荷載規范規定，即當永久荷載效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合應取1.2，對由永久荷載效應控制的組合應取1.35，可變荷載分項系數應取1.4[3]。對于施工電梯運行帶來的運行荷載，取動力系數為2.0后按靜力計算方法進行荷載統計。永久荷載包括施工電梯的自重、標準節自重，可變荷載主要為施工電梯載重。根據施工電梯相關參數，計算各部分結構自重，施工電梯載重取施工電梯額定載重。有限元模型中，對結構連梁和樓板的端面、標準節底端、標準節分別施加位移約束。結構連梁、樓板端面和標準節底端施加x，y，z三個方向的位移約束，標準節每隔一段距離施加x向位移約束[4]。如圖3所示，對施工電梯基礎轉換施工過程進行模擬，利用ANSYS的生死單元功能，通過單元生死模擬施工整個流程。分析過程為：安裝特制標準節→安裝箱型梁，施加荷載F1→安裝下斜撐，施加荷載F2→安裝下結構梁回頂支撐，施加荷載F3→拆除42層以下標準節，施加荷載F4→安裝下斜撐，施加荷載F5→施工電梯安裝高度達到81層，施加荷載F6。其中荷載F6為施工電梯運行狀態下的荷載，其余荷載均為施工電梯靜止狀態下的荷載。根據結構的薄弱位置分析，主要關心荷載F4,F5,F6作用下的結構應力分布情況。通過有限元模型多工況的計算結果，發現結構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構連梁連接支座位置。兩處位置的應力集中現象較為明顯且主要承受壓應力，其中焊縫底端位置的應力達到102 MPa，支座位置的應力達到128 MPa，均小于各工況下結構許用應力值，結構處于安全狀態。但由于施工精度和施工質量等因素的影響，這兩處位置的應力狀態還需引起足夠的重視。

4 結語

通過對施工方案和施工模擬的描述，根據施工模擬計算結果可以得到以下結論：1)根據現場施工條件，箱型梁下翼緣位置焊縫無法進行焊接，故只能采用上翼緣和腹板三面圍焊的方式。為增強整體結構的承載力，需要在進行施工安裝過程中，采取相應措施保障腹板位置焊縫的強度，如使用引弧板等；2)結構連梁下方結構梁回頂支撐的存在，對緩解結構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。若擔心箱型梁承載能力不足，可以在加工時進行下翼緣局部加強；3)雖然施工模擬的模型計算結果表明結構安全，綜合考慮施工電梯基礎轉換體系的安全和具體施工情況，可以對結構進行加固處理，如增加上拉桿等。

[1] 陳華良.施工升降機的設計與分析[D].成都:西華大學,2006.

[2] 徐 磊,花 力,朱 剛.超高層建筑施工電梯空中托換平臺體系的設計與應用[J].建筑施工，2014,36(6):720-722.

[3] GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

[4] 鄭 培,張 氫,盧耀祖.超高層建筑用施工升降機結構的建模與分析[J].武漢大學學報,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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