1、<p>　　淺析施工升降機基礎設計與有限元</p><p>　　摘要：隨著高層建筑的增多，施工升降機已逐漸替代物料提升機，成為工程后期運送人員和物料的主要的設備。本文主要對施工升降機基礎設計與有限元進行了分析，，供土建施工人員、設備管理人員參考。 </p><p>　　關鍵詞：施工升降機；基礎設計；有限元分析； </p><p>　　中圖分類號： TH21

2、1+.6 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　0.引言 </b></p><p>　　施工升降機又稱為建筑用施工電梯，是建筑施工中經(jīng)常使用的載貨和載人的運輸機械施工升降機，主要由導軌架附墻架吊籠和安全機構組成。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，高層超高層建筑不斷涌現(xiàn)，施工升降機的需求量大增，同時對施工升降機的設計也提出了更高的要求。因此，一種良好的基礎設

3、計對于保障施工升降機的質(zhì)量有著重大意義。 </p><p>　　1.工程相關概述與理論 </p><p><b>　　1.1工程背景 </b></p><p>　　目前，在建筑施工現(xiàn)場二次結構和裝修施工階段廣泛使用的施工升降機，大多沒有適宜、可靠的基礎來滿足承載能力要求。為今后能夠在工程中選用經(jīng)濟合理的施工升降機基礎，本文以保定秀蘭尚城高層住宅

4、小區(qū)工程和某飯店改擴建工程為背景，進行了深入的研究和分析。 </p><p>　　1.2施工升降機極限狀態(tài)的概述 </p><p>　　在進行結構設計之前，需先闡明極限狀態(tài)的概念。 </p><p>　　從安全可靠的角度出發(fā)，結構從開始承受荷載直至破壞所處的階段或狀態(tài)，可以劃分為有效狀態(tài)和失效狀態(tài)二類。所謂有效狀態(tài)，是指結構能有效地、安全可靠地工作，得以完成預定的各

5、項功能；反之，結構失去完成預定功能的能力，不能有效地工作，則處于失效狀態(tài)。失效狀態(tài)不僅包括因強度不足而喪失承受荷載的能力，或是結構發(fā)生傾覆滑移、喪失穩(wěn)定等情況，而且還包括結構的變形過大、裂縫過寬而不適于繼續(xù)使用等情況。 </p><p>　　2.施工升降機基礎有限元分析 </p><p>　　2.1鋼筋混凝土建模方法概述 </p><p>　　通過有限元對施工升降機

6、基礎承載過程進行分析，其重點及難點在于如何建立鋼筋混凝土有限元模型。通常的建模方法有兩種，一種為將鋼筋混凝土視為一種材料的整體式建模方法，另一種為鋼筋和混凝土分別建立的分離式建模方法。 </p><p>　　整體式建模方法的模擬方式為：(1)把鋼筋混凝土作為一種材料，采用雙線性模型來模擬；(2)采用“疊加原理”把鋼筋和混凝土的剛度和強度以某種形式進行加和，來作為整個材料的剛度和強度。雖然上述方法在處理某些鋼筋混凝

7、土模擬的問題上可以達到合適的效果，但是它很難對不同配筋形式的鋼筋混凝土結構進行仿真，更不能對鋼筋與混凝土相互作用的復雜行為進行刻畫。因此對于本文所述問題，需要采用分離式建模方法。對于配筋情況較為復雜的結構，如果采用共用節(jié)點方法建立有限元模型，將會造成有限元模型網(wǎng)格單元的細化。從而加大計算的物理時間。所以本文選擇耦合法作為鋼筋混凝土框架結構的模擬方法。 </p><p>　　2.2單元類型選取 </p>

8、<p>　　本文采用的鋼筋混凝土建模方法為“分離式”建模方法。此時需要對鋼筋及混凝土分別進行模擬。由于同一構件中，鋼筋和混凝土所占的體積相差懸殊，兩種材料的物理力學性能差別較大，所以選擇合適的單元對不同材料進模擬非常關鍵。 </p><p>　　ABAQUS軟件提供了多種單元類型。其中對于體構件通常采用C3D8單元進行模擬，對“線”狀構件采用B31梁單元模擬。C3D8單元為8節(jié)點線性單元，采用全積分

9、，具有較高的準確度及效率，因此對混凝土部分采用實體單元模擬。B31單元為3節(jié)點線性單元，由于鋼筋在構件中占有的體積相對較小，因此鋼筋部分采用B31單元模擬。 </p><p>　　2.3本構模型選取 </p><p>　　為了達到模擬準確的目的，選擇適當?shù)牟牧媳緲嬕彩欠浅Ｖ匾摹BAQUS提供了大量的本構模型。其中混凝土采用Mor-coulom本構模型模擬，該模型通過帽模型刻畫混凝土的破

10、壞面。其材料參數(shù)如表6-1所示。鋼筋采用Plastic_Kenematic本構模型模擬，該模型為雙線性模型。其材料參數(shù)如表6.2所示。 </p><p>　　表6-1混凝土材料參數(shù)表 </p><p>　　表6-2鋼筋材料參數(shù)表 </p><p>　　2.4有限元模型建立 </p><p>　　基于有限元軟件Hypermesh前處理方面的優(yōu)勢

11、，選用Hypermesh對上述鋼筋混凝土框架結構模型進行建立。由于所涉及結構是對稱結構，因此只需建立1/4模型，并在對稱面上施加對稱邊界條件。由于基礎在本分析中對結構的影響有限，因此并未建立基礎，僅約束柱子底部節(jié)點的所有自由度。梁和柱中混凝土實體單元通過共用節(jié)點作用到一起，模型中沒有建立升降機，升降機對于下部結構的沖擊作用通過直接施加力來實現(xiàn)，建立好的模型。并采用噸、毫米、秒為基本單位。在單元尺寸選擇方面，為了盡可能提高精度并節(jié)省計算物

12、理時間，實體單元和梁單元網(wǎng)格尺寸選定為50mm。 </p><p><b>　　2.5計算設置 </b></p><p>　　為了使計算易于收斂，加載過程分為兩個加載，并采用較小的計算步長及較大的迭代終止次數(shù)步。其中加載過程第一步為模型施加重力，第二步為結構施加升降機集中荷載；計算步長初始值定義為1E-7秒，最大值為1E-4秒。迭代終止次數(shù)為超過100次停止。 <

13、;/p><p>　　2.6鋼筋單元軸向應力 </p><p>　　鋼筋是鋼筋混凝土結構中拉力的主要承擔者，鋼筋的內(nèi)力可以反映鋼筋混凝土結構構件的承載情況。結構承受升降機荷載時，鋼筋單元軸向應力云圖，應力的分布直觀反映出結構主要的拉壓區(qū)域。其中軸向應力最大值為102MPa，位于樓板中部下皮處。由于該處鋼筋采用三級鋼，因此未超過材料的抗拉強度。 </p><p><b

14、>　　3.結束語 </b></p><p>　　施工升降機是高層建筑施工中，解決垂直運輸問題的關鍵設備，而施工升降機在安裝之前，必須為其提供穩(wěn)定、可靠的基礎。本文以某飯店改擴建工程為背景，對布置在現(xiàn)有建筑物上的施工升降機，采用彈性地基梁的方法進行設計計算，并采用有限元的方法對所設計的施工升降機基礎進行驗證。此外，本文所設計的施工升降機基礎已在某飯店改擴建工程中成功應用，并取得了較好的技術和經(jīng)濟效

15、果。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]李亮，魏麗敏.基礎工程[M].中南大學出版社.2011 </p><p>　　[2]侍倩.高層建筑基礎工程[M].北京化學工業(yè)出版社(環(huán)境科學與工程出版中心).2012 </p><p>　　[3]陳天愚，張克緒，單興波.彈性地基梁的修正剛