超高层建筑设计逐渐突破传统单一的设计风格,建筑造型更加灵巧、奇异,结构跨度、体量、构造不断刷新国内纪录。目前此类复杂的异形建筑多采用框架-剪力墙结构,其中外框结构在建筑美观的要求下常被设计为内外倾斜、角度多变的结构形式,安装垂直运输升降机时,内收的异形结构距升降机标节较远,因此不能正常安装传统的施工升降机附着,影响建筑施工。因此,提出适用于异形建筑的升降机技术至关重要。

　　 为解决上述问题,通过分析重庆来福士工程中升降机重、难点,优化传统的升降机附着结构,提出一整套关于升降机超远距离附着施工的关键技术,该技术可在不拆除改变结构的情况下完成升降机附着超远距离安装,满足异形结构的施工要求。

　　 重庆来福士广场项目位于重庆市渝中区朝天门处,项目直面长江与嘉陵江交汇口,总占地面积约9.2万m²,总建筑面积约113万m²。该工程4栋塔楼均为风帆造型的立面弧形结构,建筑结构内凹,属异形结构,若采用传统施工升降机需在结构内收位置增加钢结构以便安装附墙,增加成本且延长工期。

　　 根据设计模型,采用ANSYS模拟计算建立附墙加长架模型,根据现场施工升降机运行工况及安装情况等进行荷载与位移的施工模拟,分析各种工况下附墙加长架的应力及变形情况,对比模拟结果与设计允许值,若出现异常结果,则调整与优化附墙加长架的选材设计,确定最优设计方案。

　　 根据异形建筑结构特点,外框结构内外倾斜、角度多变,现场根据施工升降机的附墙间距设置附墙加长架长度,可满足施工升降机附墙间距要求。但由于附墙架与主体结构直接安装加长架,需保证加长架与主体结构、附墙架与加长架间连接可靠。加长架均为现场加工,材料为[14;附墙架采用热浸锌处理,以提高附墙架的强度及防腐性能。根据实际情况,采用加长架与结构梁或板相连的连接方式(用螺栓将加长架支撑与建筑结构梁穿梁固定),连接螺栓选用强度等级为8.8级的M24×300螺栓,每道附墙设置4套(每套戴平垫及双螺帽)。待现场安装完加长架后,安装Ⅱ形附墙架,用4只螺栓将附墙架固定在标准节上、下框架弯板处,保证附墙连接处受力满足要求。

　　 依托ANSYS软件,根据设计图纸建立附墙加长架模型,模拟荷载及工况设置根据现场运行工况及安装情况,通过分析各种工况下附墙加长架的应力及变形情况,对比模拟结果与设计允许值。若模拟结果超过限值,则需重新设计附墙加长架,包括选材调整及架体优化设计,从而确定最优设计方案。ANSYS模拟结果如图1所示。

　　 附墙加长架与结构梁间采用M24穿墙螺栓连接并固定,如图2所示。根椐螺栓受力,需对M24螺栓进行抗剪及抗拉验算。

　　 1)抗剪承载力验算

　　 根椐GB 50017—2017《钢结构设计规范》,普通螺栓的承载力设计值:

　　 式中:n_v为受剪面数目;d为螺栓直径;f_v^b为螺栓抗剪强度设计值。

　　 螺栓承受剪力:

　　 式中:F为螺栓所受剪切力。

　　 2)剪力墙抗冲切验算

　　 式中:F为局部荷载设计值或集中反力设计值;β_h为截面高度影响系数,当h≤800mm时,β_h=1.0,当h≥2 000mm时,β_h=0.9,中间线性插入取用;f_t为混凝土轴心抗拉强度设计值;σ_pc,m为临界面周长2个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值,控制在1.0～3.5N/mm²内(为安全和简化计算,不考虑σ_pc,m之值,取为0,作为结构承载力安全储备);u_m为临界截面周长,距局部荷载或集中反力作用面积周边h₀/2处板垂直截面的最不利周长,端板尺寸为1 000mm,故u_m=2×(200+190)+2×(450+190)=2 060mm;h₀为截面有效高度,取2个配筋方向的截面有效高度平均值,此处取280mm。

　　 式中:η₁为局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数;η₂为临界截面周长与结构截面有效高度之比的影响系数;β_s为局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸比,取β_s=4;a_s为板柱结构类型的影响系数,中柱取a_s=40,对边柱取a_s=30,对角柱取a_s=20。

　　 承载力计算:

　　 满足要求。

　　 3)局部抗压验算

　　 满足要求。

　　 式中:β_c为混凝土强度影响系数,按线性差值取0.833;β_l为混凝土局部受压时强度提高系数,β_l=(A_b/A_l)^1/2=2.38;f_c为混凝土轴心抗压强度设计值,取27.5N/mm²;A_ln为混凝土局部受压净面积。

　　 4)抗拉连接验算

　　 根椐《钢结构设计规范》,普通螺栓的受拉承载力设计值:

　　 式中:d_e为螺栓在螺级处的有效直径;f_t^b为螺栓抗拉强度设计值。

　　 1根M24螺栓的抗拉承载力设计值:

　　 故螺栓抗拉承载力满足要求。

　　 根据现场测量确定附墙间距,依据此间距深化设计加长架长度等,深化设计完成后还需复核验算,无误后出具材料加工图纸,并明确材质要求、构件尺寸厚度等信息,构件制作需严格按照上述信息。加长架需要现场焊接的部位应加工为坡口形式,以满足现场焊接强度要求。

　　 构件加工完成后,为保证质量合格,需检测及复查规格、尺寸、性能,确保符合国家标准及设计要求。运至现场进行焊接,将构件加工为附墙加长架,待现场操作架体搭设完成后,将焊接完成的加长架吊装至指定位置与结构梁相连。

　　 为保证加长架安装的稳定性,将加长架吊至连接位置。首先搭设操作平台架体,使用塔式起重机将加长架吊装至指定位置,使用手动葫芦固定加长架,在加长架支撑末端采用强度等级为8.8级的M24×300螺栓连接加长架与结构梁。待加长架安装完成后,复测加长架间距及水平度,以保证后续附墙架安装的准确性。

　　 附墙架与加长架间的安装和传统附墙架安装区别不大,需在满足规范前提下安装,保证连接安全可靠,具体安装步骤如下。

　　 1)首先用4只螺栓将附墙架固定在标准节上、下框架弯板上,先不必拧紧螺栓,以便调整位置。

　　 2)用M24螺栓连接固定附墙架附墙座与加长架。

　　 3)校正导轨架垂直度和附墙架水平度,附墙架的水平倾角控制在±8°。

　　 4)校正完毕后,用力矩扳手紧固所有连接螺栓(升降机运行1周后,再次紧固螺栓)。

　　 安装完施工升降机后,外笼在某些楼层距结构外框边缘位置较远,材料运输不便。为便于施工升降机2个外笼到达每层结构后均可运输材料,需在合适的楼层底板处搭设通道架体,通道架体需搭设至裙楼屋面层,搭设通道防护架体均使用扣件式钢管脚手架。

　　 施工升降机通道架体脚手架搭设具体安装要求如下:立杆采用单立杆(局部双立杆),大横杆与立杆节点均设置小横杆,进楼层位置均采用木跳板全封闭,并与小横杆绑扎牢靠。架体立面除正对升降机门位置外,均采用模板竖向封闭。

　　 重庆来福士项目在不改变建筑结构的情况下,实现施工升降机的附着超远距离安装,解决异形结构建筑施工升降机需反复拆装的难题,避免更改结构,在保证现场施工垂直运输的情况下,减少现场结构更改工程量、缩短工期、节约费用。整个施工过程无污染、施工周期短,可节约水、电等资源,节约材料,有效保护环境。