鋼結構景觀蘑菇樹整體施工技術

陳 穎

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

當前，景觀建筑結構造型日趨復雜奇特。此類異形構筑物常選用鋼結構，具有造型輕盈、用鋼量小、投影面積大、結構體系復雜等特點。傳統鋼結構建造技術因其措施用量大、建造過程復雜，將不再適用于該類輕型結構。

本文以阿里巴巴景觀蘑菇樹安裝為背景，針對性地介紹了外總體施工階段現場拼裝、多機抬吊異形鋼結構的整體安裝技術，旨在研究和總結一套輕型景觀鋼結構建造工藝，也為類似工程提供參考依據[1-2]。

1 工程概況

阿里巴巴西溪園區項目（圖1）位于杭州市余杭區五常街道。項目主要為軟件生產用房及其非生產性配套用房，包括員工食堂、體育活動用房、大報告廳等，地下2層，地上最高6層，建筑面積428 025 m2。在大樓北側入口前廣場上，設置8棵景觀鋼結構蘑菇樹。

蘑菇樹分為大型（2棵）和中型（6棵）2種規格，其造型均成喇叭狀，根部呈六邊形，向上逐漸延伸擴散成圓形頂棚。結構由縱向主圓管、次圓管和橫向間隔約3 m布置的連接環以及末端折線形三角收邊梁組成（圖2）。大蘑菇樹安裝在結構底板，露出地面高度12 m；中蘑菇樹安裝在地下室結構頂板上。

圖1 阿里巴巴西溪園區項目效果圖

圖2 大型蘑菇樹模型示意

2 工程重難點分析

1）受到運輸條件限制，異形結構需散件運輸，考慮到構件截面較小時變形控制難度大，故在地面拼裝成組合構件后安裝。為確保拼裝精度，將構件倒置于地面拼裝。

2）組合構件安裝時仍面臨變形大、就位困難、安裝質量難以控制以及因需要大量臨時措施而造成的工期緊張等難題。為此，選擇采取整體拼裝、吊裝的施工方法。

3）蘑菇樹四周結構頂板上有厚1.5 m景觀覆土，汽車吊在覆土上整體吊裝施工，使得地下室結構承載力是否滿足要求成為施工重點。此外，汽車吊的合理選型也是重要因素之一。

3 施工技術路線

依據結構特點考慮2種施工方案：一種是將蘑菇樹倒置整體拼裝、多機配合翻身后抬吊就位，另一種是搭設臨時支撐、分片安裝。

整體吊裝與常規分片安裝2種方案的比較情況如下：

1）整體吊裝需要多機抬吊，施工困難、同步控制難度大；而分片安裝吊裝簡單，且可使用較小型的起重設備。

2）整體吊裝施工工期短；分片安裝構件數量多，吊裝周期長。

3）2種工藝均在拼裝胎架上進行拼裝，整體吊裝由于結構整體剛度較好，故變形小且較易控制；分片安裝需要搭設大量臨時支撐（圖3），吊裝過程中由于分片構件柔性大，使得構件之間變形控制難度大、安裝速度慢。

圖3 分片安裝時的臨時支撐設置示意

4）分片安裝后，仍需在下方搭設滿堂腳手架用于完成后續焊接和其他附屬結構安裝，工序復雜，焊接質量差。

綜合考慮上述因素，采取如下施工技術路線：

1）中型蘑菇樹由1臺50 t汽車吊進行地面倒置整體拼裝，完成后由80 t與50 t汽車吊雙機完成構件翻身、擱置及抬吊就位。

2）大型蘑菇樹下部17.8 t的樹干部分整體加工并用80 t汽車吊完成安裝，隨后27.8 t上部進行地面倒置整體拼裝，完成后在50 t汽車吊輔助工況下，由2臺80 t汽車吊完成構件翻身、擱置及抬吊就位。

4 施工計算分析

4.1 地基承載力計算分析

蘑菇樹安裝時需要將汽車吊停機于地下室頂板上，而頂板上有厚1.5 m覆土。因此，在結構和覆土自重以及吊裝荷載共同作用下，地下室結構承載能力不僅決定了起重機械的選擇，更是施工技術路線可行的關鍵。

首先，復核80 t汽車吊在開行狀態下，厚250 mm覆土樓板的抗彎承載力，之后對結構主次梁、柱承載力均進行承載力驗算，確保滿足承載力需求（圖4）。

圖4 樓板x方向彎矩計算結果

其次，進行定點吊裝承載力驗算。在吊裝前，通過放線將汽車吊4個支腿定點于結構主梁和立柱頂端。每個支腿下鋪設1 m×6 m的路基箱用于擴散支腿集中荷載。分別復核結構梁柱受力情況，確保滿足要求（圖5）。

圖5 主梁彎矩計算結果

4.2 吊裝計算分析

作為施工工藝的理論支撐，吊裝前對整體構件進行起吊、翻身、擱置、雙機抬吊安裝就位等吊裝全過程的分析計算，觀察其結構變形及強度變化（圖6）。

圖6 大型蘑菇樹吊裝過程計算云圖

根據上述計算結果，吊裝過程中結構應力均處于較小范圍，說明結構整體強度及安全系數較高；部分過程變形較大，但均為自重作用下的彈性變形，而由于吊裝產生的牽拉變形均在允許范圍之內。

5 整體安裝施工工藝

以大型蘑菇樹為例，整體安裝工藝如下：

1）施工前，在汽車吊開行路線鋪設鋼板；將吊裝位置主梁軸網放線到覆土地面，定點吊裝支腿支撐在結構主梁上，下方鋪設路基箱，擴散吊裝荷載。

2）根據蘑菇樹尺寸搭設胎架，胎架頂板開設圓管定位槽，便于后續安裝。構件拼裝的同時將裝飾鋁板等附屬物一并安裝，減少后期施工內容（圖7）。

圖7 地面拼裝

3）在拼裝的同時，用80 t汽車吊單機將下部樹干部分安裝就位。

4）拼裝完成后，開始進行構件翻身。首先將2臺80 t汽車吊吊點設置在主圓管與收邊梁節點位置，吊索具選用吊帶＋卸扣，便于綁扎和翻身動作。雙機緩慢同步起吊，同時轉動扒桿使得構件始終沿2個著地點翻轉，避免在地上拖行。著地點下方在拼裝前需鋪設鋼板，避免起吊過程中陷入覆土（圖8）。

圖8 構件起吊

5）當雙機起吊到一定高度后，使用登高車將50 t汽車吊吊索具與構件根部吊耳連接。50 t汽車吊作為輔助設備，防止構件在離地瞬間出現大幅擺動和下墜。隨后在三機配合下，將構件吊起橫置，后逐漸翻轉至正面朝上（圖9）。

6）構件翻轉之后，在兩著地點下放置枕木，并通過80 t汽車吊控制構件姿態緩慢下放，同時50 t汽車吊緩慢松鉤，逐漸將構件根部下放至地面，著地位置放置枕木（圖10）。

圖9 50 t汽車吊輔助起吊

圖10 構件擱置于地面

7）50 t汽車吊松鉤，隨后利用登高車將1臺80 t汽車吊吊點移至連接環與主圓管節點位置，另外1臺汽車吊保持80 kN豎向力，防止構件轉動。待移位并使汽車吊持力后，將另外1臺汽車吊吊點移位。該工況下構件吊點為4點對稱布置。

8）吊點移位完成后，雙機將構件緩緩扶正，隨后抬吊安裝就位。需要特別說明的是，連接位置圓管數量多、間距小，通常在外側設置臨時連接板的臨時固定方式難以實現。因此，在深化設計時此處臨時連接采用內插式臨時連接板。這樣既能滿足臨時固定要求，同時在安裝時又能直接插入下方管徑內，提高安裝精度和效率。

6 結語

異形鋼結構蘑菇樹整體安裝施工工藝的關鍵在于構件由拼裝到安裝姿態的調整過程，需要多臺起重機械相互配合，從而完成構件姿態的控制、吊點的設置和幾次吊點位置的變換。過程中最大的安全風險在于構件從水平橫置翻轉為向上傾斜的瞬間，此時由于受力方向的轉換，鋼絲繩與卸扣的連接處有重新拉緊的可能，而突然拉緊會讓構件整體振動。因此，需盡量通過雙機配合避免2個吊點同時出現該情況。

通過阿里巴巴西溪園區項目景觀鋼結構蘑菇樹安裝的成功實踐，提煉和總結了異形鋼結構整體吊裝關鍵施工技術。整體拼裝后由多機配合調整構件姿態，并經過多次吊點的變換完成吊裝施工，避免臨時支撐等措施的使用，大大降低了施工難度，提高了安裝質量和精度，且安全可控，實現了此類結構的高效施工。