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摘要：吊柱采用型钢混凝土，从二层楼面标高处开始往上悬吊，最终与第七层相邻框架柱合并：吊柱的施工采用方钢管作支撑，待混凝凝土达到100%的抗拉强度后去掉支撑，拉力由钢骨和钢筋承担。运用SAP2000模型首先分析方钢管的受力从而确定支撑的尺寸和需要加支撑的楼层，其次分析需要做支撑的卸载分析，即拆除上部支撑后下部支撑的受力和整体结构的变形情况。本文对塔楼吊柱施工过程中的受力情况进行分析，为塔楼吊柱的组装完成以及后期的支撑拆除进行全面的分析，验证该方案的可行性并且从受力的情况确定适合的支撑型钢截面，从而提供安全经济且可行的施工方案。
关键词：结构设计；异形结构；钢骨混凝土吊柱；卸载分析；施工方案
前言：塔楼的吊柱为该项目的难点，结构受力比较复杂，对于该异形结构施工需要结合各个阶段的受力情况制定合理可行的施工方案，包括支撑结构和后期的模板拆除，主体结构需满足现行规范的要求。
一、施工步骤
1）L2层：先将首根斜撑一端连接到L1M层标高位置柱内钢骨上，斜撑另一端与吊柱在L2层的埋件进行连接，同时需用可靠支架固定住斜撑及L2层起始吊柱。L2层楼面梁及楼板正常浇注混凝土。
2）L3层及以上楼层均为正常施工，框架柱中钢骨安装后，连接相应斜撑，浇注本层混凝土。
3）所有吊柱及相应斜撑安装完毕后，并需保证合拢点相关柱、梁板达到充分混凝土强度后才可安排卸载工作。
4）卸载顺序为由下至上依次拆除斜撑，例如首先拆除L1M至L2层的斜撑。同时需注意卸载过程中同步严格检测每卸载一根斜撑，吊柱末端相关变形。
二、计算模型介绍
采用有限元软件分析模拟时，基于真实施工与受力情况并结合软件计算特点与成本，采用如下假设：
1）由于吊柱和框架柱之间的梁在第一区悬挑长度较长，线刚度较弱，故偏安全采取两端全部铰接，不考虑挑梁对吊柱的约束作用；二区梁跨高比小于4，线刚度较强，经过分析梁可采用两端刚接模拟，以考虑挑梁对吊柱提供约束。
2）楼板全部采用弹性楼板假定，即真实计算模型楼板面内刚度同时反映施工过程楼面梁所受到的轴向拉力。
3）施工顺序与前述第2节保持一致。
4）各斜撑编号请详右图，如XG1a表示二层楼面以下T5-D轴一侧的斜撑，XG1b表示二层楼面以下T5-F轴一侧的斜撑。
图：YJK模型 斜杆为吊柱临时支撑模型
三、分析结果
表1：YJK模型1和模型2各层斜撑的最大轴拉力值对比及斜撑实际计算长度
由于斜撑均为受压，考虑受压稳定性要求和经济性，因此选取组合焊接箱型截面作为斜撑。斜撑截面尺寸为350mm*350*35*35*35*35mm，厚度为35mm。
3.1吊柱合拢前后变形分析
上图显示模型在恒载和活载组合工况下各层的竖向变形结果，由等值线可以看出T5-D轴吊柱在未合拢前的底端变形值最大，达到32.5mm，合拢后变形为26mm。
L2层挑梁在吊柱合拢前最大竖向变形32.5mm，跨度为6.5m，规范挠度限值为L0/200, 对于悬臂梁L0取实际长度的2倍， L2层挑梁挠度为L0/400，因此在斜撑拆除前满足GB20010混凝土规范限值。
3.2连接节点设计和计算
斜撑通过端部转换钢板，截面由组合箱型转变为两块35mm厚，350mm高的竖向钢板与钢柱焊接，端板及钢板截面按斜撑承受最大轴压力3950kN的情况下进行承载力验算。
端板主要承受轴压力，为保证周边及后方混凝土不会被压坏，混凝土受压需验算：
，若采用尺寸为500x500x35x35mm，
=11.8 N/mm2＜fc=16.7 N/mm2，端板处混凝土受压满足要求。
斜撑节点处双块钢板的承载力计算：
(钢结构规范4.1.2)
通过斜撑角度计算,节点处 V=2870kN, N=-2950kN,M=135kNm
两块钢板高度h=350mm，
t=V*0.5/(h*tw)=117
fv=170N/mm2钢板的剪应力符合规范要求：
钢板同时受较大正应力、剪应力和局部压力时：
=1.1*295=325 N/mm2
3.3卸载分析
吊柱在合拢后需要逐步拆除斜撑，每拆除一层斜撑后其余楼层的斜撑及吊柱受力情况均会发生改变，因此采用SAP2000模型以分析斜撑拆除过程中各构件的内力以及变形状况。
由于YJK分析软件没有卸载分析功能，卸载分析由SAP2000模型完成，在卸载分析前首先确保两个分析模型的内力是一致的，将YJK模型导入SAP2000运算之后得出的轴力值与YJK模型的对比如下：
表2：YJK和SAP2000同等状况下模型结果对比：
SAP2000模型在正常施工完成吊柱合拢后额外运行6步拆除斜撑的卸载分析，每一步去掉一层斜撑，直到最后斜撑全部拆除。SAP2000模型模拟两种不同的斜撑拆除顺序，分别为自下而上拆除以及至上而下拆除，每拆掉一层斜撑后统计所有斜撑的受力变化。通过SAP2000模型的分析，各层斜撑在逐层拆除中承载力变化总结如下：
3.4拆除斜撑过程中变形情况
吊柱L2层挑梁挠度在斜撑拆除前尚满足规范限值要求，因此通过SAP2000模型对斜撑拆除过程中的变形进行分析：
由上图可知在拆除斜撑过程中各层的变形值逐渐增大，当拆除所有斜撑后吊柱底部最大变形为35mm，挠度为L0/371，L2层悬挑梁在最大的变形条件下满足规范限值要求（L0/200）。
3.5斜撑截面验算
斜撑截面：组合焊接箱型截面b1*b2*t：350x350x35mm
斜撑钢材质为Q345B 斜撑计算长度：L=8.0m
最大轴力值: Nu=3950 kN，该斜撑承受的最大弯矩值：Mx=95 kNm,My=40 kNm; Mx/Nu=2.4%
由于最大弯矩不到轴力值的3%，因此忽略弯矩对斜杆承载力的影响，构件进行轴心受压稳定性验算：
构件宽厚比：350/35=10< 20 属于C类截面；
A=3502-2802=44100 mm2
四、结论
通过前文对上述所有分析模型的计算，可得到如下初步结论：
1采用钢斜撑支撑吊柱的施工方案在整个施工过程中是可靠的，各阶段的受力和变形控制在合理的范围内。
2通过SAP2000模型分析出的在施工过程中所有斜撑所受最大轴力为底部斜撑为3950kN，经验算满足相应强度及稳定承载力验算。
3加载过程中吊柱施工到L21层与主框架柱未合拢之前，吊柱底部竖向变形达到最大值32.5mm（恒+活），L2层悬挑梁挠度为L0/400，满足规范限值要求L0/200。
4吊柱合拢后需按照要求拆除斜撑，在拆除斜撑过程中各层的变形值逐渐增大，当所有斜撑都拆除后吊柱变形达到的最大值35mm，L2层悬挑梁挠度为L0/371，满足相应建筑要求及现行国家规范。
5在卸载过程中同时伴随斜撑逐层拆除，满足吊柱在卸载中基本的稳定要求。
论文作者:向俊柯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
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