超高层重型悬挑钢平台力学性能分析.pdf

34建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure超高层重型悬挑钢平台力学性能分析周磊（上海建工集团股份有限公司，上海 200080）摘要：随着城市的发展，超高层建筑越来越普遍。为便于施工材料和机电设备的垂直运输，利用现场既有施工材料，设计了一种重型悬挑钢平台。通过基础的理论推导，分别验算了钢平台主次梁的抗弯强度、抗剪强度和整体稳定性，连接杆件的抗拉强度和抗剪强度，并复核了主体结构辐射梁和柱间梁的抗弯强度和抗剪强度。计算结果表明该重型悬挑钢平台力学性能符合项目施工要求，并在上海某超高层项目中得以实际应用，可为类似工程提供借鉴和参考。关键词：超高层；重型钢平台；悬挑式；电梯设备；力学性能中图分类号：TU755.2+1 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）04-0034-060引言随着社会的发展和科技的进步，国内外大中型城市中超高层建筑的数量越来越多。卸料平台是材料垂直运输过程中不可或缺的一部分。国内学者针对卸料平台的自动化1、周转率2、灵活性3以及锚固连接形式进行了研究4-5，并在超高层及装配式建筑中进行实践应用6-7。卸料平台因所受的荷载较小，相关研究较少，对重型悬挑卸料平台的研究也较少。对于卸料平台的力学性能分析，国内学者主要采用ANSYS等有限元软件对卸料平台的内力和变形进行建模计算8-10，而对平台稳定性和主体结构验算的理论推导研究较少。笔者以某超高层项目为研究背景，基于项目既有施工材料，设计了一种重型悬挑钢平台，采用最基本的理论推导进行力学性能分析，并在工程项目中得到应用。1工程概况某超高层项目总建筑面积约为25万m2，地上总建筑面积约为19万m2，地下总建筑面积约为6万m2（其中人防建筑面积约为1万m2）；主要由1栋62层塔楼（建筑高度为280 m）、1栋4层裙房（建筑高度为21.6 m）、1栋1层35 kV开关站（建筑高度为5.7 m）及3层地下室（地下室深度为16.7 m）组成。塔楼上部结构包括钢筋混凝土核心筒、外围钢结构框架、16根型钢混凝土巨型柱和压型钢板组合楼板。2工程重难点本工程塔楼上部结构采用1台STL720塔吊和1台STL420塔吊进行施工，主体结构施工完成后，需将电梯设备吊运至塔楼顶层。电梯设备重16 t，平面尺寸为2 400 mm2 400 mm。受塔吊钢丝绳长度限制，塔吊无法一次性将电梯设备从地面吊运至塔楼顶部。购置新钢丝绳、将塔吊再次进行爬升、将电梯设备拆解后分批吊运至塔楼顶部再重新安装，都将影响现场施工进度，并且额外增加施工成本。根据施工现场已有的材料，就地取材，组装成重型悬挑钢平台，安装于塔楼39层南侧，供电梯设备暂时安放。塔吊先采用2股钢丝绳，将电梯设备吊运至39层悬挑钢平台，待塔吊钢丝绳完成2股与4股的转换后，再将电梯设备吊运至塔35建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure楼顶部。重型悬挑钢平台平面位置如图1所示。图1重型悬挑钢平台平面位置图3重型钢平台设计重型悬挑钢平台采用型钢制作，安装在塔楼39层南侧，用铁件固定在主体结构上。钢平台悬挑长3 m，宽4 m。平台主梁采用2根400 mm400 mm13 mm21 mm的H型钢，间距为3 m；平台次梁采用18#工字钢，间距为0.3 m，与平台主梁电焊连接固定。平台面板采用15 mm木模板，搁置在平台次梁上。悬挑钢平台三面栏杆采用48 mm3.5 mm钢管，钢管焊接在平台次梁上，栏杆空隙处用绿网封闭。钢平台平面如图2所示。图2重型悬挑钢平台平面图平台每侧设置2根工作钢丝绳与上部主体结构固定，工作钢丝绳采用直径为24 mm（637）的钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度为1 400 MPa，外侧钢丝绳距离主体结构2.8 m，两道钢丝绳的间距为3.0 m。工作钢丝绳与吊耳连接采用24卡环。钢平台立面如图3所示。图3重型悬挑钢平台立面图36建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure重型悬挑钢平台主梁端部与中部分别采用2道与1道30螺杆通过14#工字钢与楼板下结构钢梁固定。连接方式如图4所示。图4重型悬挑钢平台连接节点图4施工流程和操作要点4.1施工流程（1）测量放线，在39层楼板相应位置打好连接杆洞口。（2）在38层搭设排架，排架平面尺寸为3 m3 m，立杆间距为1.5 m。（3）将2根H型钢分别吊至安装位置，用连接杆将其与结构钢梁固定。（4）在40层和41层柱间梁安装耳板，将工作钢丝绳一端先与主体结构连接固定，起吊平台的钢丝绳和平台吊装吊耳用卡环连接好，调整平衡。（5）用木方将悬挑主梁与连接杆和工字钢之间的缝隙填满，上部用2个木楔对向嵌入固定，并且每个连接处应有2个。（6）起吊工字钢至安装位置，将其与H型钢进行焊接。（7）安装围护栏杆与绿网，铺设木模板。（8）安装完成后，对重型悬挑钢平台进行验收，合格后方能投入使用。4.2操作要点（1）悬挑钢平台安装时，钢丝绳应使用专用的挂钩挂牢，并应满足吊装工程钢丝绳绳卡的相关规定。建筑物锐角利口围系钢丝绳处应加衬软垫层。（2）悬挑钢平台3面设置固定的保护栏杆，高度为1 200 mm。（3）悬挑钢平台使用时，应有专人进行检查，发现钢丝绳锈蚀损坏应及时调换，焊缝脱焊应及时修复。（4）悬挑钢平台移动时，平台面上的材料和垃圾要全部清除。（5）悬挑钢平台上应显著标明容许荷载值，并由专人监督。（6）钢丝绳在使用过程中严禁超负荷使用，不应受冲击力；在捆扎或吊运物品时，要注意不要使钢丝绳直接和物体的快口棱锐角相接触，在接触处要垫以帆布、麻袋或其他衬垫物，以防止物件的快口棱角损坏钢丝绳而发生设备和人身事故。（7）钢丝绳在使用过程中，特别是运动过程中不要和其他物件发生摩擦，更不应斜拖在钢板的边缘，以免钢丝绳被割断直接影响钢丝绳的使用寿命。（8）做好交底。由项目技术负责人对现场的施工管理人员进行方案技术交底，再由施工现场管理人员对施工作业班组的全体成员进行安全技术交底，双方与项目专职安全生产管理人员一起签字确认。签字的交底文件由各方存档。（9）重型悬挑钢平台搭设时，技术人员必须在搭设现场监督搭设情况，确保搭设质量达到设计要求。（10）依据施工方案和危险性较大工程相关验收表格，对重型悬挑钢平台进行验收，若发现未达要求，必须立即整改。整改验收合格后方能投入使用，并在醒目位置悬挂验收合格证及荷载值指示牌。5力学性能分析根据GB 500172017钢结构设计标准的要求，笔者对重型悬挑钢平台和塔楼上部结构进行力学性能分析。5.1平台次梁验算5.1.1计算模型平台次梁采用11根18#工字钢，长度为4 000 mm，间距为300 mm，跨度为3 000 mm。考虑电梯设备荷载为均布荷载，均匀分布在整个跨度内。平台次梁的验算模型如图5所示。验算参数如表1所示。图5钢平台次梁验算模型图37建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure表1钢平台次梁验算参数表跨度l1/mm3 000均布荷载q1/kNm-166.7净截面模量W1/cm31 480截面塑性发展系数11.05惯性矩I1/cm413 280整体稳定性系数b1.125.1.2荷载计算设备在平面尺寸内为均布荷载，则 式（1）式中：G1电梯荷载；a1电梯宽度。将设备作为活荷载考虑，则均布荷载设计值q1d为 式（2）跨中最大弯矩标准值M1和设计值M1d分别为 式（3）支座最大剪力标准值V1和设计值V1d分别为式（4）5.1.3抗弯强度验算设备长、宽均为2 400 mm，工字钢间距300 mm，即有8根工字钢同时受力。净截面模量为 式（5）截面塑性发展系数1取1.05，则跨中最大弯曲应力为31d111112.5 1072.4 MPa215 MPa1.05 1480MfW=式（6）5.1.4抗剪强度验算支座处最大剪应力1为 式（7）式中：S1工字钢计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩，mm3；tw1工字钢的腹板厚度，mm；fv钢材的抗剪强度设计值，N/mm2。5.1.5整体稳定性验算梁的整体稳定性系数b取1.12，则整体稳定性 式（8）式中：f钢材的抗压强度设计值，N/mm2。经验算，平台次梁的抗弯强度、抗剪强度和整体稳定性均符合要求。5.2平台主梁验算5.2.1计算模型平台主梁采用400 mm400 mm13 mm21 mm的H型钢，长度为9 m。由于次梁工字钢间距较小，故将设备及工字钢等效为均布荷载。平台主梁验算模型如图6所示。验算参数如表2所示。图6钢平台主梁验算模型图表2钢平台主梁验算参数表跨度l21/mm5 000跨度l22/mm4 000长度a21/mm1 000长度a22/mm3 000均布荷载q2/kNm-135.1截面塑性发展系数11.05净截面模量W2/cm33 268整体稳定性系数b1.12惯性矩I2/m465 3625.2.2荷载计算工字钢自重为 G2=114241103=10.6 kN 式（9）由于平台共有2根H型钢，且对称分布，故每根钢梁上设备及工字钢均布荷载标准值q2和设计值q2d分别为 式（10）式中：a22工字钢分布区域长度。支座最大负弯矩标准值M2和设计值M2d分别为式（11）支座最大剪力标准值V21、V22为 式（12）支座最大剪力设计值V21d、V22d为 式（13）38建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure5.2.3抗弯强度验算截面塑性发展系数2取1.05，则支座最大负弯曲应力为32d222263.3 1076.7 MPa205 MPa1.05 3268MfW=式（14）5.2.4抗剪强度验算支座处最大剪应力21、22为式（15）式中：S2H型钢计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩，mm3；tw2H型钢的腹板厚度，mm；fv钢材的抗剪强度设计值，N/mm2。5.2.5整体稳定性验算梁的整体稳定性系数b取1.12，则整体稳定性 式（16）经验算，平台主梁的抗弯强度、抗剪强度和整体稳定性均符合要求。5.3连接件验算在平台主梁端部设置2组连接件（共4根连接杆），中部设置1组连接件（共2根连接杆），连接杆直径为30 mm，连接杆通过14#工字钢将平台主梁与结构辐射梁固定。由于平台主梁端部受力较大，则平台梁端部连接杆应力为321d323078.5 10=27.8 MPa205 MPa4 3.14 15VfS=式（17）式中：S30连接杆横截面面积，mm2。由于平台主梁与连接杆距离很近，故仅考虑工字钢的剪切应力，即 式（18）式中：S3工字钢计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩，mm3；tw3工字钢的腹板厚度，mm。经验算，连接杆的抗拉强度和工字钢的抗剪强度均符合要求。5.4结构辐射梁验算5.4.1计算模型结构辐射梁受原有结构荷载外，还受连接杆压力。辐射梁验算模型如图7所示。验算参数如表3所示。图7辐射梁验算模型图表3辐射梁验算参数表跨度l4/mm长度a41/mm均布荷载q4/kNm-1长度a42/mm集中荷载F4/kN13 0008 00015.85 00052.75.4.2荷载计算结构楼板和钢梁自重为 式（19）施工活荷载取1 kPa，则有 式（20）故均布荷载标准值q4和设计值q4d分别为 式（21）集中荷载标准值F4和设计值F4d分别为 式（22）5.4.3内力计算辐射梁与核心筒和柱间梁连接处支座反力标准值分别为 式（23）辐射梁与核心筒和柱间梁连接处支座反力设计值分别为 式（24）由均布荷载引起的跨中最大弯矩标准值M41和设计值M41d分别为 式（25）由集中荷载引起的最大弯矩标准值M42和设计值M4d分别为 式（26）由于连接杆对结构梁作用力小于结构原有受力，且方向39建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure与结构自重方向相反，对原结构有利，故不会对原结构造成破坏。5.5结构柱间梁验算5.5.1计算模型柱间钢梁与外框劲性柱除自重外，还承受3根辐射梁和3根悬挑梁传来的集中力。柱间梁验算模型如图8所示。验算参数如表4所示。图8柱间梁验算模型图表4柱间梁验算参数表跨度l5/mm12 000长度a5/mm3 000均布荷载q5/kNm-10.946集中荷载F51/kN243.3集中荷载F52243.3集中荷载F53/kN117.7净截面模量W5/cm313 438截面塑性发展系数11.05惯性矩I5/cm4571 020整体稳定性系数b1.125.5.2荷载计算悬挑钢梁固定端反力标准值R50和设计值R50d分别为 式（27）则各集中荷载标准值F51、F53和设计值F51d、F53d分别为 式（28）柱间钢梁自重荷载标准值q5和设计值q5d分别为 式（29）5.5.3内力计算两端支座反力的标准值R51、R52和设计值R51d、R52d分别为 式（30）支座最大负弯矩标准值M51和设计值M51d分别为 式（31）在l/4处弯矩标准值M52和设计值M52d为 式（32）在l/2处弯矩标准值M53和设计值M53d为 式（33）5.5.4抗弯强度验算弯矩最大为支座处负弯矩，则柱间钢梁最大应力为 式（34）5.5.5抗剪强度验算支座处最大剪应力为 3351d55v45 w5351.0 107519 1025.7 MPa170 MPa571020 1018RSfI t=式（35）3351d55v45 w5351.0 107519 1025.7 MPa170 MPa571020 1018RSfI t=5.5.6整体稳定性验算根据钢结构设计标准6.2.1条，由于柱间钢梁与混凝土楼板有栓钉连接，共同受力，可不计算梁的整体稳定性。由于计算中未考虑结构悬挑板对平台的加固作用和混凝土楼板与钢梁组合受力的有利情况，计算结果偏安全。6结语笔者本着绿色环保的理念，利用施工现场既有建筑材料，设计了一种便捷可行的重型悬挑钢平台，通过计算证明该重型悬挑钢平台的设计满足抗拉强度、抗剪强度和整体稳（下转第 47 页）47建筑科技2023 年 第 4 期建筑工业化Building Industrialization4智慧园区建设与运营总结该商务园区的智慧园区云平台建设与运营工作，为智慧园区云平台在其他园区的推广和应用积累了一定的经验。首先，建立日常运营推广工作机制，是整体工作推进的基础。只有在一个完整工作体系的支撑下，将工作事项落实到具体人员，才能在运营推广的初期，调动所有成员的积极性，同时加强沟通和交流，有效推动工作的开展。运营、推广小组的通力合作，才能顺利进行运营推广工作。其次，充分利用智能化系统，如门禁、停车系统，以智慧通行为切入点，进行App端的覆盖安装。再次，加强全媒体的宣传，包括宣传卡片的发放、园区内广告牌的发布、大屏幕视频广告的推送等，或者结合微信公众号等新媒体手段，将云平台推送给所有用户。此外，可以通过客服渠道，与园区企业面对面进行沟通、交流和培训，让企业了解智慧园区云平台能够提供的帮助和指导。最后，除了平台内容的日常维护，园区活动和服务商资源的拓展也是智慧园区云平台发展的重要方向，是提高App端及云平台用户黏度的重要手段。因此在运营推广的全过程中，必须与园区内企业形成紧密的合作关系，不断发掘新的活动内容，上架优质的服务资源，使得云平台内容获得可持续的发展。5结语综上，智慧园区云平台通过构建全面的线上综合服务能力，为企业提供全方位的高效便捷的服务，促进园区企业的快速发展和园区产业上下游链条的聚合，为公司获取更多的增值服务收益，最终发挥公司在园区综合服务能力上的领头标杆作用，使园区业务成倍增长。参考文献：1 戚能杰，杨颖菡基于需求导向的智慧园区建设研究：以嘉兴智慧产业创新园智慧园区为例J中国管理信息化，2019，22（12）：187-188.2 徐珏探索智慧园区的建设与运营J集成电路应用，2018，35（9）：71-74.收稿日期：2023-06-14作者简介：蒋宏杰，研究方向为建筑智能化及智慧园区应用，现供职于中节能绿建环保科技有限公司。通信地址：浙江省杭州市西湖区文二路391号西湖国际科技大厦A座27楼。定性的要求，并且主体结构的荷载在设计承载范围内。施工实践表明，该重型悬挑钢平台是安全可靠的，且钢平台制作就地取材，可重复周转使用，减少材料的浪费。参考文献：1 杨部廷附着式升降卸料平台在高层建筑中的应用J现代制造技术与装备，2022，58（9）：171-1732 李惠龙新型可周转悬挑卸料平台施工技术的应用J中华建设，2022（9）：115-1163 罗瑞，翟英帅，刘龙龙，等一种可变向斜爬的液压自爬式卸料平台J建筑施工，2022，44（4）：747-7494 白永亮，王凯辉，杨建伟悬挑式卸料平台新型锚固件设计J 建筑机械，2015（8）：96-98，1015 廖祯虎，李友谊，高建平，等基于栓接支撑的悬挑式卸料平台设计与施工J四川水力发电，2020，39（4）：49-526 阳明悬挑式卸料平台的设计实例及安全管理J工程建设，2022，54（1）：69-737苟生贵，张学锋，张宝云适合装配式建筑的顶撑式卸料平台制作技术J天津建设科技，2020，30（5）：56-588 倪毅，邵泉，卢德辉，等悬挑式卸料平台主梁抗弯受力分析研究J广州建筑，2022，50（2）：27-329 张万君，龚煌森，李厚波，等超高层建筑施工中的重型卸料平台设计与应用J建筑施工，2019，41（4）：640-64210张志强，王凯辉悬挑式卸料平台极限承载能力分析J建筑机械，2016（11）：69-71收稿日期：2023-03-22作者简介：周磊，硕士研究生，工程师，主要从事技术策划工作，现供职于上海建工集团股份有限公司。通信地址：上海市虹口区东大名路666号。（上接第 39 页）