某电视塔观光层悬挑结构施工过程模拟分析研究.docx

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某电视塔观光层悬挑结构施工过程模拟分析研究

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摘　要：

盐城电视塔在标高114.450 m高空4个方向设置悬挑13.40 m观光层，观光层通过空中环行走道连接。

结构施工中利用标高114.450 m“钢结构+空中环行走道+预应力临时拉索”形成的结构体系作为上部结构施工操作平台；通过有限元数值分析，提出施工过程控制的主要参数及其控制准则，根据力学模型对施工过程进行模拟计算，评价施工过程中结构的受力形态以及安全性。

关键词：

悬挑平台； 临时平台； 施工过程； 数值分析

1　工程概况

盐城电视塔主塔地下2层，地上总高度195 m；其中标高114.450 m为观光厅，标高145.000 m上部为天线。

主塔平面呈八角形，八角形边长为3 438 mm，主塔标准层平面见图1。

图1　主塔标准层平面

主塔采用双钢板组合剪力墙结构（简称“SPSW”），主塔筒壁厚度为300 mm，筒壁内外侧钢板通过栓钉、连接钢筋及加劲板与筒壁内后浇筑混凝土形成整体结构，钢板材质为Q345B，结构抗震设防烈度为7度，结构设计使用年限为50年。

主塔标高114.450 m处4个方向观光厅结构自主塔筒壁外侧伸出长度为13 400 mm，上部各通过2根φ100不锈钢拉杆与主塔筒壁斜拉连接，4个方向观光厅通过空中环行走道相连接。

观光厅结构立面及结构轴测见图2、图3。

图2　观光厅结构立面

图3　观光厅结构轴测图

2　观光层结构施工工艺流程

观光层结构遵循“分单元拼装、分单元对称吊装，设置临时辅助拉索”的原则进行施工。

观光层结构施工总体思路为：

利用外施工平台安装标高107.167 m斜支撑结构，利用标高114.450 m“钢结构+空中环形走道+预应力临时拉索”形成的结构体系作为上部结构施工操作平台，确保施工阶段安全。

观光层结构的施工工艺流程如图4所示。

图4　观光层结构施工工艺流程

3　观光层结构施工阶段分析

依据观光层结构施工安装顺序，仍选取4种施工状态分别建立模型进行计算分析，采用大型通用有限元软件ANSYS 13.0分析计算。

观光层结构的施工分析状态如表1所示。

表1　观光层结构施工状态

编号施工状态1观光层下层钢结构+临时拉索安装完毕2观光层结构走道钢结构安装完毕3整个观光层结构安装完毕+临时拉索未拆除+结构拉索未安装4整个观光层结构安装完毕+临时拉索拆除+结构拉索安装完毕

3.1　观光层第一施工状态

为保证长悬挑观光层结构的施工安全，并减少长悬挑结构的变形导致的施工误差，设置临时拉索，通过控制临时拉索的预拉力来控制悬挑端的变形，通过不断试算，最终将临时拉索的预拉力确定为50 kN。

3.1.1　内力分布

当观光层结构施工到第一施工状态时，观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图5所示。

a—主体结构;b—混凝土;c—钢板;d—钢梁。

图5　观光层第一施工状态应力分布　MPa

由应力计算结果可看出，观光层第一施工阶段完成时，混凝土结构的最大主应力为8.74 MPa，主塔筒体钢板剪力墙钢板的最大应力为36.80MPa，最大应力位于钢板剪力墙根部；观光层钢梁最大应力为44.20 MPa。

计算结果表明：

混凝土主应力较小，此时混凝土未开裂；钢板Mises应力和钢梁Mises应力均较小，此时钢板和钢梁均未屈服，结构满足安全要求。

3.1.2　变形特征

a—主体结构总变形;b—主体结构X向变形;c—主体结构Y向变形;d—主体结构Z向变形;e—钢梁整体变形。

图6　观光层第一施工状态变形　mm

当观光层结构施工到第一施工状态时，观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形、Z向变形和钢梁整体变形如图6所示。

　　由变形计算结果可看出，观光层第一施工阶段完成时，结构整体变形最大值为54.727 mm，水平变形最大值为54.204 mm，竖向变形最大值为23.633 mm；观光层钢梁最大变形值为54.312 mm。

计算结果表明：

结构变形量较小，满足后续结构安装要求。

3.2　观光层第二施工状态

3.2.1　内力分布

当观光层结构施工到第二施工状态时，观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图7。

a—主体结构;b—混凝土;c—钢板;d—钢梁。

图7　观光层第二施工状态应力分布　MPa

由应力计算结果可看出，观光层第二施工阶段完成时，混凝土结构的最大主应力为8.75 MPa，主塔筒体钢板剪力墙钢板的最大应力为36.90 MPa，最大应力位于钢板剪力墙根部；观光层钢梁最大应力为57.30 MPa。

计算结果表明：

混凝土主应力较小，此时混凝土未开裂；钢板Mises应力和钢梁Mises应力均较小，此时钢板和钢梁均未屈服，结构满足安全要求。

3.2.2　变形特征

当观光层结构施工到第二施工状态时，观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形、Z向变形和钢梁整体变形如图8所示。

由变形计算结果可看出，观光层第二施工阶段完成时，结构整体变形最大值为54.739 mm，水平变形最大值为54.211 mm，竖向变形最大值为24.760 mm；观光层钢梁最大变形值为54.334 mm。

计算结果表明：

结构变形量较小，满足后续结构安装要求。

3.3　观光层第三施工状态

3.3.1　内力分布

当观光层结构施工到第三施工状态时，观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图9所示。

由应力计算结果可看出，观光层第三施工阶段完成时，混凝土结构的最大主应力为8.78 MPa，主塔筒体钢板剪力墙钢板的最大应力为37.50 MPa，最大应力位于钢板剪力墙根部；观光层钢梁最大应力为78.60 MPa。

计算结果表明：

混凝土主应力较小，此时混凝土未开裂；钢板Mises应力和钢梁Mises应力均较小，此时钢板和钢梁均未屈服，结构满足安全要求。

a—主体结构总变形;b—主体结构X向变形;c—主体结构Y向变形;d—主体结构Z向变形;e—钢梁整体变形。

图8　观光层第二施工状态变形　mm

a—主体结构总变形;b—主体结构X向变形;c—主体结构Y向变形;d—主体结构Z向变形;e—钢梁整体变形。

图10　观光层第三施工状态变形　mm

a—主体结构;b—混凝土;c—钢板;d—钢梁。

图9　观光层第三施工状态应力分布　MPa

3.3.2　变形特征

当观光层结构施工到第三施工状态时，观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形、Z向变形和钢梁整体变形如图10所示。

由变形计算结果可看出，观光层第三施工阶段完成时，结构整体变形最大值为65.194 mm，水平变形最大值为56.691 mm，竖向变形最大值为43.242 mm；观光层钢梁最大变形值为65.194 mm。

计算结果表明：

结构变形量较小，满足后续结构安装要求。

3.4　观光层第四施工状态

3.4.1　内力分布

当观光层结构施工到第四施工状态时，观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图11所示。

a—主体结构;b—混凝土;c—钢板;d—钢梁。

图11　观光层第四施工状态应力分布　MPa

由应力计算结果可看出，观光层第四施工阶段完成时，混凝土结构的最大主应力为8.78 MPa，主塔筒体钢板剪力墙钢板的最大应力为37.50 MPa，最大应力位于钢板剪力墙根部；观光层钢梁最大应力为47.90 MPa。

计算结果表明：

混凝土主应力较小，此时混凝土未开裂；钢板Mises应力和钢梁Mises应力均较小，此时钢板和钢梁均未屈服，结构满足安全要求。

3.4.2　变形特征

当观光层结构施工到第四施工状态时，观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形和Z向变形和钢梁整体变形如图12所示。

由变形计算结果可看出，观光层第四施工阶段完成时，结构整体变形最大值为61.562 mm，水平变形最大值为56.687 mm，竖向变形最大值为37.907 mm；观光层钢梁最大变形值为61.562 mm。

计算结果表明：

结构变形量较小，满足后续结构安装要求。

a—主体结构总变形;b—主体结构X向变形;c—主体结构Y向变形;d—主体结构Z向变形;e—钢梁整体变形。

图12　观光层第四施工状态变形　mm

4　施工验算结果

4.1　观光层施工期间内力

观光层施工期间钢板剪力墙混凝土主应力值较小，基本保持8.7 MPa左右。

观光层施工期间主塔筒体钢板剪力墙钢板Mises应力值不大，基本保持37.0 MPa左右。

钢梁Mises应力变化幅度不大，最小值为44.20 MPa，最大值为78.60 MPa。

其中，从施工状态一到施工状态三（即观光层钢结构安装完毕，临时拉索未拆除，结构拉索未安装）钢梁Mises应力增加至最大值78.60 MPa。

当临时拉索拆除，结构拉索安装完毕后，钢梁应力减小至47.90 MPa，可见结构拉索能够有效减小钢梁应力。

4.2　观光层施工期间变形

观光层施工期间主塔筒体结构整体变形幅度较小，最小变形值为54.727 mm，最大值为65.194 mm。

其中，从施工状态一到施工状态三，主塔筒体结构整体变形增加至最大值65.194 mm。

当临时拉索拆除，结构拉索安装完毕后，主塔筒体结构整体变形减小至61.562 mm，可见结构拉索能够有效减小主塔筒体结构整体变形。

观光层施工期间,主塔筒体结构水平变形幅度较小，最小变形值为54.204 mm，最大值为56.691 mm。

其中，从施工状态一到施工状态三，主塔筒体结构水平变形增加至最大值56.691 mm。

当临时拉索拆除，结构拉索安装完毕后，主塔筒体结构水平变形为56.687 mm，可见结构拉索对控制主塔筒体结构水平变形基本无作用。

主塔筒体结构竖向变形幅度不大，最小变形值为23.633 mm，最大值为43.242 mm。

其中，从施工状态一到施工状态三，主塔筒体结构竖向变形增加至最大值43.242 mm。

当临时拉索拆除，结构拉索安装完毕后，主塔筒体结构竖向变形减小为37.907 mm，可见结构拉索对控制主塔筒体结构竖向变形能起到一定作用。

观光层施工期间，钢梁变形幅度较小，最小变形值为54.194 mm，最大值为65.194 mm。

其中，从施工状态一到施工状态三，钢梁变形增加至最大值65.194 mm。

当临时拉索拆除，结构拉索安装完毕后，钢梁变形减小为61.562 mm，可见结构

拉索对控制钢梁变形能起到一定作用。

5　结束语

观光层施工期间钢板剪力墙混凝土主应力值、剪力墙钢板应力、观光层钢梁应力均在弹性范围内；观光层结构拉索能够有效减小钢梁应力。

观光层施工期间整体变形幅度较小，拉索能够有效减小主塔筒体结构整体变形；结构水平变形幅度较小，结构拉索对控制主塔筒体结构水平变形基本无作用；主塔筒体结构竖向变形幅度不大；钢梁变形幅度较小，结构拉索对控制钢梁变形能起到一定作用。

参考文献

[1]　李立刚,肖文风,邵丽萍,等. 超高层建筑高空连廊结构模板支架钢平台安拆技术[J]. 施工技术, 2013，42

（2）:

62-64.

[2]　刘丽航, 楼相伟. 超高大跨度支模的钢平台设计与施工[J]. 建筑施工, 2013（12）:

1075-1076.

[3]　胡松, 刘强,刘鹰. 某大厦临时钢平台的设计与安装[J]. 钢结构, 2014,29（6）:

54-55.

[4]　彭添, 刘振华, 刘祥宇. 大型张弦梁结构施工过程模拟[J]. 工业建筑, 2011, 41（5）:

108-111.

[5]　王忠全, 张其林, 杨宗林. 上海世博会中国船舶馆观景斜廊施工过程模拟分析[J]. 施工技术, 2010, 39（7）:

24-26.