超高層建筑裙房鋼結構工程綜合施工技術

王林峰

上海城投公路投資（集團）有限公司 上海 200335

當今的超高層建筑往往都會配置具有商業和設備功能的大型裙房，由于超高塔樓的存在，裙房的施工具有如下的鮮明特點和難點：

1）裙房是個專業綜合性較強的分項工程，鋼結構幕墻屋面專業系統之間的空間關系將會比較復雜，深化設計需要進行充分的協同，以確保正確性。同時，結構施工需要為后一道幕墻屋面工序的開展提供作業面和工藝條件。

2）對裙房施工本身來講，受主樓結構施工先行的影響，狹小空間內裙房施工塔吊的布置和支承具有較高的安全要求和難度。

3）裙房的建筑往往比較新穎和不規則，必然帶來復雜的鋼結構體系的安裝技術和工藝難題。

本文基于上述的特點和難點分析，以某超高層建筑裙房鋼結構為案例，圍繞鋼結構幕墻屋面專業協同管理技術、狹小空間內的塔吊布置和支承技術、鋼結構安裝技術及工藝方法等進行深入剖析和介紹，希望能夠為今后超高層建筑裙房鋼結構施工技術的發展提供技術手段和參考[1-3]。

1 工程概況

某超高層建筑裙房，建筑高度（雙曲型屋面）為38 m，建筑面積為24 600 m2，地上設有7個樓層，頂部2層用作設備用房，其余為商業用房，其功能主要為會議和宴會廳等。整個建筑外立面通過雙曲的“金色基底玻璃＋直立鎖邊”屋面系統和多達十幾種類型的幕墻系統構成（圖1）。

圖1 建筑效果圖

裙房采用“鋼框架支撐＋混合巨型柱”結構體系，由抗側體系和重力承載體系兩部分組成（圖2），總用鋼量達7 000 t。抗側體系主要由型鋼混凝土巨柱以及鋼支撐框架體系組成（圖3）。重力承載體系主要由巨型桁架和樓面鋼桁架（鋼梁）及鋼柱組成，重力荷載通過樓面系統傳遞給巨型桁架，再由巨型桁架傳給鋼柱，最后傳給基礎（圖4）。

圖2 結構三維模型

圖3 結構立面

圖4 典型結構剖面及傳力路徑

2 專業協同管理技術

裙房建筑異形、空間復雜，鋼結構幕墻屋面存在眾多界面、空間、工藝構造和施工流程方面的問題。將鋼結構、幕墻和屋面作為一個“三位一體”的有機整體進行深化設計協同和一體化施工管理，能夠更加高效和有序地確保工程安全、質量和進度。

2.1 協同深化設計

綜合運用信息化模型平臺和合模技術，將裙房的鋼結構、幕墻和屋面信息化模型進行整合，全面查找碰撞、空間不足等問題，并在深化設計出圖前通過修正或優化的方式對其加以解決，避免了施工現場的返工或修改。在整個裙房合模校核的過程中，依次解決了如下主要問題：

1）鋼結構與幕墻系統碰撞的問題，通過優化鋼結構截面和節點構造形式妥善解決（圖5）。

2）鋼結構與屋面空間尺寸不足的問題，通過事先調整屋面鋼結構標高來留設足夠的屋面支承構造空間（圖6）。

2.2 一體化施工管理

裙房的鋼結構、幕墻和屋面工程是一個工藝搭接、高質量標準的產品，需要按照產品的生產流程和工藝進行一體化管理，方能建造精品。

圖5 鋼結構與幕墻碰撞檢查

圖6 鋼結構與屋面碰撞檢查

在施工流程安排上，鋼結構施工時同步考慮后續幕墻和屋面的流水搭接施工，確保整體最優工期。本工程中裙房施工流程為：東裙房鋼結構施工→東裙房屋面系統施工→西裙房鋼結構施工（考慮主樓與裙房后澆帶的封閉因素）→西裙房屋面系統施工→東裙房幕墻施工→西裙房幕墻施工。同時，合理考慮了西裙房與主樓后澆帶的封閉，東西裙房的屋面和幕墻的連續施工，屋面及早斷水為二結構和機電安裝創造工作面等關鍵因素。

在施工過程質量控制上，根據后一道工序的質量標準去嚴格控制前一道工序的施工質量（尤其是精度控制），并通過跟蹤測量和過程靜態模擬的技術加以校核，確保了工序移交后工作的流暢和高效，本工程中對與幕墻和屋面密切連接的鋼結構的安裝精度進行了重點控制，為幕墻和屋面的施工創造了最佳條件（圖7）。

圖7 裙房幕墻屋面系統類型及分界

3 塔吊布置及支承技術

對結構體系、構件分段、起重性能、施工工期、堆場布置、塔吊裝拆便利性等進行綜合研究，確定采用1臺M900D塔吊，并將其置于⑤軸結構頂板上（圖8），可以最大效率地完成吊裝和拆除任務，并將對場地布置和地下室施工的影響降到最低[4-6]。

為減小對裙房地下室結構及后一道工藝施工的干擾，創新性地采用在土建結構樓板上的狹小空間內設置大型塔吊轉換支承基礎的方式進行塔吊的設置。大型塔吊的轉換底座由4根呈“井”字形布置的箱形梁及加勁板組成，在轉換箱梁上設置法蘭盤與塔吊底座進行連接（圖9）。轉換箱梁與土建結構地下室頂板混凝土梁上的預埋件焊接固定，并針對承載力不足的混凝土梁進行鋼支撐加固（圖10）。

圖8 塔吊布置立面示意

圖9 塔吊轉換底座系統

圖10 混凝土支承梁加固示意

4 鋼結構安裝技術及工藝方法

通過對裙房鋼結構體系的成型特點、結構分段、施工順序、特殊工藝進行研究，并通過施工模擬的有限元分析輔助驗證，最終確定了整體施工技術路線和施工流程。

4.1 鋼結構安裝技術路線

主要施工流程劃分原則如下：先柱后梁、先巨型桁架后樓面桁架、設置臨時支撐、及時形成空間穩定體系。

合理技術流程的確定，為鋼結構深化、材料的采購、鋼結構的加工制作和現場安裝的連續流水作業奠定了堅實的基礎。

4.2 鋼結構安裝工藝方法

在裙房鋼結構安裝中較為特殊的安裝工藝，是施工流程推進中的關鍵技術，主要有巨型桁架安裝工藝和臨時支撐卸載工藝兩部分內容。

4.2.1 巨型桁架安裝工藝

裙房鋼結構采用順作法進行施工，從結構體系角度分析，結構由懸掛結構、巨型鋼梁、巨型桁架和懸挑結構等多種系統組成；從構件安裝角度分析，由于構件質量和體積較大，無法一次成型，在結構逐步成型的過程中必須設置大量的臨時支撐（圖11、圖12）。其中，④軸、⑥軸、⑦軸和⑧軸為巨型桁架結構。

圖11 ④軸巨型桁架分段及臨時支撐設置

圖12 ⑥軸巨型桁架分段及臨時支撐設置

4.2.2 臨時支撐卸載工藝

在結構合攏后，根據結構體系的傳力路徑和特點確定合理的支撐卸載順序，確保施工完成后的結構應力和變形達到最佳性態。卸載分為2個階段：④軸以東臨時支撐卸載和④軸以西臨時支撐卸載。卸載時，利用鋼管臨時支撐上的長度調節裝置將臨時支撐長度收縮，使臨時支撐上的受力逐步轉換到主體結構上，從而實現主體結構的卸載和最終成型。主要卸載順序為卸載樓面系統臨時支撐，完成樓面系統的成型→從④軸至⑧軸，從上至下依次卸載④軸、⑥軸、⑦軸、⑧軸的巨型桁架臨時支撐，將所有的樓面荷載傳遞至巨型桁架→從上至下依次卸載④軸以西懸挑部位樓面桁架（5F）和樓面箱梁（2F）臨時支撐→完成結構體系的最終成型[7]。

施工全過程模擬分析結果表明，整個施工全過程安全可控，主體結構最大應力為75 MPa，臨時支撐應力最大值為97 MPa，考慮構件穩定后應力比為0.55，主體結構和臨時支撐應力均滿足要求；施工完成后結構應力最大值為75 MPa（圖13）＜設計值85 MPa，變形最大值29 mm（圖14）＜設計值30 mm，滿足設計要求。

圖13 卸載完成后結構應力云圖（最大值75 MPa）

圖14 卸載完成后結構變形云圖（最大值29 mm）

5 實施效果

本文圍繞鋼結構幕墻屋面專業一體化管理技術、狹小空間內的塔吊布置和支承技術、鋼結構安裝技術及工藝方法等進行了深入剖析，這些研究成果在本超高層裙房鋼結構工程中得到了成功的應用。

工程實施歷經5個月左右的時間，提前1個月完成了鋼結構安裝，整個施工過程安全可控，施工精度滿足后一道工序幕墻和屋面的要求，真正做到了“結構成型安全可控、成型結構精度可控”的雙重目標。希望本文的研究能夠為今后超高層建筑裙房鋼結構施工技術的發展提供技術手段和參考資料。