超高層建筑懸垂屋面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)的施工

鄭 杰

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程概況

1.1建筑概況

杭州之門項(xiàng)目位于浙江省杭州市蕭山區(qū)。項(xiàng)目場(chǎng)地坐落在杭州國(guó)際博覽中心與奧體中心綜合訓(xùn)練館之間，塔樓主體形成了通往市中心的門戶，2座塔樓及其之間的鋼結(jié)構(gòu)形成了代表杭州的英文字母“H”的形狀，如圖1所示。杭州之門項(xiàng)目規(guī)劃成為集商務(wù)辦公樓、五星級(jí)酒店及精品商業(yè)等功能于一體的綜合型項(xiàng)目。

圖1 綠地中心·杭州之門項(xiàng)目效果圖

項(xiàng)目用地面積約為77 572 m2，總建筑面積約為513 226 m2。2個(gè)塔樓底部之間通過(guò)鋼拱連橋連接，連橋通過(guò)伸縮縫與塔樓在地面以上脫開(kāi)。上部的懸垂屋面與鋼拱連橋的頂部形成大跨度公共空間。

1.2結(jié)構(gòu)概況

懸垂屋面鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主體部分為雙向彎曲的網(wǎng)架屋頂，網(wǎng)架的2道邊緣構(gòu)件為截面較大的箱形鋼構(gòu)件。側(cè)墻為一系列豎向的長(zhǎng)方形箱形鋼構(gòu)件，承擔(dān)上覆側(cè)面幕墻的自重以及抵抗側(cè)向風(fēng)荷載。側(cè)墻的整個(gè)自重由上述2道邊緣鋼構(gòu)件承擔(dān)，如圖2所示。南北兩側(cè)幕墻的豎向鋼構(gòu)件從懸垂網(wǎng)架邊緣構(gòu)件處懸掛，豎向構(gòu)件在橋梁的公共空間層及宴會(huì)廳層的邊緣鋼構(gòu)件處連接以提供側(cè)向約束[1]。

圖2 懸垂屋頂組成

2 施工難點(diǎn)分析

2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)多

由于本工程懸垂屋面結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、規(guī)律性少，因此結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)類型多樣，制作、安裝精度要求高。

2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自重大，整體提升難度高

由于本工程采用分段吊裝法，在吊裝時(shí)，高空構(gòu)件的風(fēng)載較大，在分段未連成整體或結(jié)構(gòu)未形成整體之前，穩(wěn)定性較差，必須采用合理的吊裝順序（盡量首尾相接、分塊吊裝）和側(cè)向穩(wěn)定措施（如拉錨、纜風(fēng)繩等）。

起吊時(shí)，必須調(diào)整好分段構(gòu)件的角度和方位，而對(duì)于體型大、質(zhì)量大的構(gòu)件，角度調(diào)節(jié)困難，吊裝難度大。

2.3懸垂屋面施工測(cè)量精度要求高

由于施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)本身因自重和溫度變化均會(huì)產(chǎn)生變形，加之結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜，均為工字形斷面構(gòu)件，位置和方向性較強(qiáng)，安裝精度受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、溫度變化等多方面的影響，安裝精度難以控制，施工難度大。施工時(shí)必須采取必要的措施，提前考慮好如何對(duì)安裝誤差進(jìn)行調(diào)整和消除，如何進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，使變形在受控狀態(tài)，以保證整體造型和施工質(zhì)量。

3 設(shè)計(jì)思路

當(dāng)前大跨度網(wǎng)架施工技術(shù)主要包含以下幾種：高空拼裝法、整體提升法、高空滑移法、分塊安裝法或多種技術(shù)的組合[2]。根據(jù)本工程懸垂屋面結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，計(jì)劃采用地面分片拼裝、高空整體組裝的施工工藝進(jìn)行施工，以解決懸垂屋面安裝單元起吊和安裝難度大的問(wèn)題。

三維掃描技術(shù)具有受環(huán)境因素影響小、掃描結(jié)果精度高、精簡(jiǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作、分析結(jié)果直觀的優(yōu)點(diǎn)[3]，與本工程懸垂屋面施工需要高精度測(cè)控的問(wèn)題非常契合，因此在施工時(shí)，通過(guò)三維掃描技術(shù)來(lái)控制安裝單元的制作與拼接。

懸垂屋面安裝時(shí)，先安裝懸垂屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其次安裝東、西兩端水平拉桿支撐，最后安裝南、北兩側(cè)側(cè)墻桿件。根據(jù)懸垂屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件類型，將其劃分為4個(gè)部分進(jìn)行安裝：東、西兩端的箱型懸掛封邊梁，由H型鋼梁和圓管短柱組成的網(wǎng)架基本安裝單元，H型橫向、豎向連接梁，南、北兩側(cè)箱型封邊梁。

4 施工工藝流程

安裝東、西兩端的懸掛封邊梁→網(wǎng)架安裝單元?jiǎng)澐帧孛嫫囱b胎架搭設(shè)→高空支撐架搭設(shè)→安裝單元地面拼裝→安裝單元高空組裝→南、北兩側(cè)封邊梁安裝→東、西兩端水平拉桿支撐安裝→南、北兩側(cè)的側(cè)墻桿件安裝→懸垂屋面卸載

5 懸垂屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝技術(shù)要點(diǎn)

5.1懸垂屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高空支撐架設(shè)置

1）本工程懸垂屋面為高空大跨度懸挑結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)需在懸垂結(jié)構(gòu)下方提前設(shè)置高空支撐架，在支撐架上方進(jìn)行懸垂屋面結(jié)構(gòu)的安裝。

2）豎向支撐架體系主要由豎向主支撐柱、柱間連系鋼梁、頂部橫向支撐梁、頂部支撐短柱等桿件組成。

3）側(cè)向懸挑支撐架體系從塔樓邊線向外懸挑設(shè)置，主要由懸挑鋼梁、支撐斜柱、柱間連系鋼梁、頂部橫向支撐梁、支撐短柱等桿件組成。

高空支撐架的具體布置如圖3所示。

圖3 懸垂屋面高空支撐架搭設(shè)立面示意

5.2安裝單元地面拼裝工藝

根據(jù)懸垂屋面的結(jié)構(gòu)形式及坐標(biāo)，在地面搭設(shè)拼裝胎架，將每個(gè)安裝單元所包含的H型鋼連系梁和圓管短柱在地面胎架上拼裝為一個(gè)整體單元。

在每個(gè)安裝單元拼裝時(shí)，首先將安裝單元的圓管短柱進(jìn)行定位，圓管短柱定位無(wú)誤后再將H型鋼連系梁進(jìn)行連接安裝。

5.2.1 地面拼裝胎架布置

懸垂屋面安裝單元現(xiàn)場(chǎng)拼裝前，需將懸垂屋面安裝單元的安裝坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平放拼裝狀態(tài)的坐標(biāo)。

1）拼裝胎架設(shè)置時(shí)，應(yīng)根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后的x、y投影點(diǎn)，在地下室頂板上確定鋪設(shè)底面鋼板的位置，并鋪設(shè)鋼板。相互連接成剛性平臺(tái)的鋼板鋪設(shè)完成后，在鋼板上進(jìn)行放x、y的投影線、支點(diǎn)位置，形成田字形控制網(wǎng)，如圖4所示。

圖4 懸垂屋面安裝單元地面拼裝胎架定位放線示意

2）底面鋼板上軸線交叉點(diǎn)的支點(diǎn)位置為安裝單元里每個(gè)圓鼓短柱節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，在此位置設(shè)放調(diào)節(jié)圓管短柱的組合調(diào)節(jié)支架作為拼裝胎架，并放標(biāo)高線，將組合調(diào)節(jié)支架的調(diào)節(jié)定位鋼板及螺母進(jìn)行初步調(diào)節(jié)，定位架及平面布置如圖5所示。

圖5 圓柱拼裝組合調(diào)節(jié)支架示意

5.2.2 安裝單元地面拼裝

現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)，需先將安裝單元的所有圓管短柱調(diào)節(jié)、固定完畢，根據(jù)圓管短柱上表面的3個(gè)坐標(biāo)值，采用全站儀對(duì)預(yù)先在圓管短柱上表面標(biāo)記出的3個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，以復(fù)測(cè)圓管短柱的安裝精度。

全站儀的測(cè)量數(shù)據(jù)與上表面的3個(gè)坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)吻合時(shí)，定位鋼板的角度才可固定，再采用其四周的螺母將其擰緊固定。

5.3懸垂屋面網(wǎng)架單元結(jié)構(gòu)安裝工藝及節(jié)點(diǎn)設(shè)置

為了便于在高空支撐架上進(jìn)行安裝單元的安裝及調(diào)節(jié)，需在高空支撐架上設(shè)置支撐短柱。懸垂屋面田字格安裝單元安裝時(shí)，需保證田字格四角及中心共5個(gè)圓鼓節(jié)點(diǎn)下方均設(shè)有支撐短柱，安裝時(shí)調(diào)節(jié)這5個(gè)圓鼓節(jié)點(diǎn)，以便將田字格安裝單元進(jìn)行定位。

為了將高空安裝后的安裝單元進(jìn)行固定，在支撐短柱的端部四側(cè)均設(shè)有L形定位托板，在安裝單元H型鋼梁的下方設(shè)置定位擋板，通過(guò)L形定位托板將定位擋板托牢，并進(jìn)行焊接固定；在圓鼓傾斜角度小的部位，可直接通過(guò)L形定位托板將圓鼓底邊四周托牢。

具體安裝節(jié)點(diǎn)如圖6、圖7所示。

圖6 高空支撐節(jié)點(diǎn)一

圖7 高空支撐節(jié)點(diǎn)二

5.4懸垂屋面結(jié)構(gòu)卸載

根據(jù)懸垂屋面的整體安裝順序，在懸垂屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所有桿件均安裝完成為整體以后，開(kāi)展懸垂屋面南、北兩側(cè)側(cè)墻結(jié)構(gòu)桿件的安裝。

5.4.1 卸載思路

在懸垂屋面所有相關(guān)構(gòu)件安裝完成以后，對(duì)懸垂屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載。卸載過(guò)程中，結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，由支撐架受力轉(zhuǎn)化為懸垂結(jié)構(gòu)受力，懸垂結(jié)構(gòu)和支撐架會(huì)有明顯的內(nèi)力變化。根據(jù)懸垂屋面倒掛結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，為保證卸載后結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，采用自上而下對(duì)稱卸載的思路進(jìn)行卸載。

5.4.2 位移觀測(cè)

懸垂屋面卸載前在懸垂屋面結(jié)構(gòu)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)圓柱上表面標(biāo)記出測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)懸垂屋面結(jié)構(gòu)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)圓柱進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)作為原始記錄。在卸載過(guò)程中，每卸載操作一次，便對(duì)卸載區(qū)塊內(nèi)的節(jié)點(diǎn)圓柱進(jìn)行一次觀測(cè)，同時(shí)，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，以此作為同批次卸載點(diǎn)下降幅度控制以及結(jié)構(gòu)變形控制的參考依據(jù)。通過(guò)觀測(cè)，將卸載過(guò)程中監(jiān)控點(diǎn)實(shí)際豎向變形值與理論變形值相對(duì)比，確保卸載施工安全。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以綠地中心·杭州之門工程為例，介紹了懸垂屋面網(wǎng)架施工，采用地面分片拼裝與高空整體組裝的方式，降低了大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)吊裝提升的難度，并利用高空支撐架與三維掃描技術(shù)，控制網(wǎng)架單元拼接的精度，期望能為類似超高層工程項(xiàng)目提供良好的借鑒。