某电视塔观光层悬挑结构施工过程模拟分析研究Word文档格式.docx
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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。
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。
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
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
观光层钢梁最大变形值为54.334
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
观光层钢梁最大应力为78.60
图8 观光层第二施工状态变形 mm
图10 观光层第三施工状态变形 mm
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
观光层钢梁最大变形值为65.194
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。
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
观光层钢梁最大应力为47.90
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
观光层钢梁最大变形值为61.562
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
钢梁Mises应力变化幅度不大，最小值为44.20
MPa，最大值为78.60
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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