超高层建筑顶升钢平台模架系统的研究与设计

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顶升钢平台模架系统(简称顶模)以其承载能力高、施工速度快、安全性能高,已俨然成为目前超高层建筑核心筒竖向墙体施工的主流施工机具。而在实际工程中,顶模由于存在设计偏于保守和周转率较低的现象,造成其未能得到大力推广使用。因此将模块化设计应用到顶模设计中,是解决上述问题的有效方法之一,可有效的提高顶模的施工效率和安全性,并达到降低成本的目的。本文对顶升钢平台模架系统进行研究,并结合苏州某超高层建筑工程实例,对其进行顶模的相关设计,主要工作如下:(1)对目前建筑工程施工中所使用的液压模架(即滑模、爬模和顶模)的体系构造及优缺点进行梳理分析,得出顶模在超高层建筑施工中的优点,并详细阐述了顶模的系统组成、工作原理及施工工艺。(2)以某超高层建筑为背景,结合工程建筑特点,对其进行顶升钢平台模架体系的设计。并通过对模板及挂架的理论计算和有限元校核,验证了设计的合理性,在钢平台的设计中采用相同的满跨均布荷载作用,对比分析不同的腹杆布置形式桁架的受力情况,结果表明:三角形桁架的竖向腹杆内力较小,且该布置形式在材料用量上较为经济,对于悬挑端及一级桁架宜采用双重斜腹杆形式的桁架,有利于增强构件的稳定性。(3)运用模块化设计方法,对顶模的关键系统进行模块化设计研究,其中桁架弦杆与腹杆的夹角宜控制在45°~55°,建立了6种顶模关键系统标准节,可供设计选择,同时设计了三种不同布置方案的顶升钢平台关键系统,然后对不同设计方案进行计算分析。利用有限元分析软件对三种设计方案分别进行静力分析和屈曲分析,得出不同工况下的应力云图、位移等值线图和应力比折线统计图,对比分析后得出最合理的设计方案。(4)以确定的初始设计方案为基础,采用控制单一变量的原则,通过应力比对顶升钢平台关键系统的构件截面尺寸进行优化。对优化后的方案进行有限元验证分析,结果表明截面优化后的方案满足设计需求,且具有自重轻、结构受力更为合理的优点,从而减少了因安全储备过多所导致的材料浪费。本文在满足结构合理性及经济适用性的基础上,对顶升钢平台模架系统进行了相关的研究与设计,并梳理该体系的设计思路,验证了设计的可靠性,为顶模施工技术在建筑行业的产业化推广提供一定的参考价值。
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