鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要：廣東興業國際倉儲科研主樓立面為外放的巨型玉璧，由鋼支撐框架+核心筒混合結構組成。本文以直徑47m的內圓上部結構安裝為例，介紹了大跨度懸掛結構的順做法安裝技術，研究結果表明，將懸掛結構原框架體系變成桁架受力體系后，結構剛度加強，和鋼支撐框架形成穩定受力體系，最后與上部轉換桁架連接后整體卸載。順做法施工速度快，吊裝安全系數高，施工效果好，可為類似工程參考。
關鍵詞：玉璧; 圓環; 懸掛; 預變形
1. 工程概況
廣東興業國際倉儲項目科研主樓主體建筑立面為立放的巨型玉璧，外徑146.6m，內徑47m，寬28.8m，總高度138m。地下2層，地上33層，總建筑面積約106491m2，總用鋼量約為1萬噸。
本工程結構形式為鋼支撐框架+鋼筋 混凝土核心筒混合結構。
圖1 建筑效果立面圖（巨型玉璧內圓上部懸掛結構）
圖2 結構概況分解圖
由核心筒、外斜撐框架、轉換桁架和外伸剛臂、內鋼框架和鋼梁+混凝土組合樓蓋等組成，其中前三者構成了本工程主要受力結構。
圖3 外斜撐框架豎向荷載作用下桿件軸力圖 （巨型玉璧內圓上部懸掛結構）
外斜撐框架共兩榀，布置在結構南北兩側，立面投影大致成圓環，左右對稱。其由外環梁、內環梁、水平梁、框架柱和鋼斜撐組成：框架柱為方鋼管混凝土柱，間隔12.6m布置一根，每榀共12根，其截面尺寸為□1400×600×14～□1400×800×35；鋼斜撐同樣采用箱型截面，截面尺寸為□1400×500×50、500×500×8～□500×500×35，其中相鄰的兩個斜撐交點跨越3個樓層；內環梁和外環梁均采用箱型截面，截面尺寸均為□1000×500×12。
玉璧內圓懸掛結構由22層開始（結構標高89.12m），至25層（結構標高101.06m）結束。
圖4 轉換桁架軸測圖
整個上部結構由橫跨25~28層的7榀轉換桁架一承受。轉換桁架桿件截面為□600×600×16～□600×600×35。
每榀轉換桁架懸掛2根方鋼管混凝土柱，轉換桁架擔當起了支撐、傳遞上部結構荷載給外斜撐框架，并吊掛下部結構的重任。
架立面圖
圖5 轉換桁架立面圖
2. 施工重難點
2.1節點對接口較多，安裝精度要求高。
外斜撐框架的部分節點，外形上呈“米”字形。一方面作為外斜撐框架的節點有八個對接口，對接口都是方管對接，采取焊接的連接方式；另一方面作為內鋼框架梁的節點有三個對接口，對接口都是H型鋼對接，采取高強螺栓連接的方式。
節點不規則、焊接變形容易導致對接口的空間位置變化，如何在安裝過程中保證多個對接口同時滿足安裝精度的要求是本工程實施一個難點。
圖6 節點軸測圖
2.2內圓弧梁“無支撐接裝”安裝技術難度高
圖7 圓弧梁合攏攏示意圖
內圓環直徑為47m，由于洞口上端的外斜框架及內框架的受力均通過洞口圓弧梁傳至兩側的鋼框架，安裝高度達到89m，無法搭設外部豎向支撐進行安裝，采用“無支撐接裝”的施工方法，已裝構件作為后續構件的支撐，需要保證施工過程結構自身的受力要求和施工操作的安全，以及傾斜結構施工完成后位形與設計一致。如何在安裝時保證結構形成穩定的結構體系是本工程安裝實施的一個重點。
2.3內圓上部懸掛結構的安裝是難點
內圓上部懸掛框架，安裝高度達到89m，橫向跨度28.8m，橫向框架梁截面為H400×300，吊柱截面為口600×600。以內框架吊掛鋼柱為主傳力結構，通25~28層的轉換桁架，將下部荷載傳至外斜鋼框架。
由于安裝高度超高，無法搭設外部豎向支撐進行安裝。如根據結構特點逆做法施工，這樣將導致鋼結構吊裝困難，安裝功效低，施工作業危險系數大等一系列問題。
如何安裝內圓上部懸掛結構，并將結構的安裝變形控制在安裝精度范圍以內是本工程安裝實施的一個難點。
3. 施工方案的確定
3.1施工總體思路
圖8 塔吊布置示意
綜合考慮本工程的結構狀況，施工現場的實際情況以及總工期的要求，確定本主樓鋼結構的施工安裝總體方案為：在主樓區域布置兩臺TC7052型塔吊，按照兩臺塔吊的布置位置及工作半徑劃分為兩個施工區域，采取以各臺塔吊所對應的核心筒為中心，按照節點安裝法和分件安裝法相結合的方法，立面上‘逐層分段、從下向上’延伸進行，同時進行施工作業。
3.2安裝方法
由于塔樓斜撐鋼框架外圓和內圓均存在懸挑結構，安裝時，需在無懸挑區域鋼結構安裝完2層的時候開始安裝，以符合結構受力體系的要求。安裝順序如下圖示：
地上部分核心筒5天一層施工，鋼結構3天一層施工，核心筒施工比鋼結構快5層，樓層板施工比鋼結構慢4層進行。
地上部分外斜撐框架、內框架（內框架外挑部分除外）鋼結構的安裝同時進行。外斜撐框架吊裝按“柱、節點、梁、斜撐”的順序進行，25層以下鋼柱每層一吊、25層以上鋼柱每兩層一吊，斜撐為節點間一吊，局內框架鋼柱按2層一吊，吊裝按“柱、梁”的順序進行。
圖9 立面安裝順序圖
3.3解決措施
1．節點吊裝及安裝
本工程節點復雜，接口多，通過模型分析節點的重心位置，選擇最有利的吊點位置，設置吊裝耳板；安裝就位時，以豎向方管為主導，先安裝支撐框架，然后安裝框架梁；焊接時候采取雙人對稱焊接的方式，即以節點豎向中心線，兩側同時焊接相對方向焊接。
2．內圓弧梁“無支撐接裝”安裝技術
內圓弧梁采用“無支撐接裝”的安裝技術，按二元體塊體擴大原則向外延伸安裝，已裝構件作為后續構件的支撐，安裝時為便于構件的臨時固定，用吊裝耳板和雙夾板的組合結構代替攬風繩施工。
（1）無支撐接裝耳板的設計
直接用連接耳板作為吊點，為穿卡環方便，在深化設計時就將連接板最上面的一個螺栓孔的孔徑加大，作為吊裝孔。構件安裝固定利用雙夾板，由兩邊穿過吊耳采用直徑為24mm的安裝螺栓固定，使圓弧梁吊裝對接初步固定無需使用攬風繩，并且夾板可以循環使用，施工又快又好安全經濟。
圖10 夾板組合結構示意圖
（2）圓弧梁安裝思路
考慮到內圓上部結構通過轉換桁架將力傳給外鋼斜撐框架，因此，采用順做法施工首先需將內圓合攏，承受懸掛結構的豎向荷載。圓弧梁安裝時分三步合攏。核心筒砼結構已施工到28層，與核心筒相連的內框架及外斜框架已經施工到24層。
圖11 圓弧梁合攏流程圖
對于本工程的帶合攏的懸挑傾斜結構而言，構件在施工過程中的產生較大的變形、影響后續構件的安裝，并引起結構內力的重分布，使得某些構件可能偏于不安全。為此，對施工過程中結構自重荷載作用下的變形進行分析預測，并在施工中采用相應的糾偏和測量技術控制結構的安裝精度是內弧梁安裝的重要內容。在本結構計算按1.2倍的自重系數考慮。
圖12 圓弧梁合攏模擬流程圖
對施工階段進行仿真分析，內圓環頂部節點A、B、C在安裝過程中的最大豎向位移為-27mm，最大水平位移為11mm；樓板施工完成后節點位移如下表示：
表1 節點位移圖
為減小結構安裝時自身的變形量，在安裝時對節點A、B、C進行預起拱，按規范當跨度大于15m時，應根據制作分段采用多點起拱。
3．內圓上部懸掛結構的順做法施工技術
內圓上部懸掛框架，橫向跨度28.8m，橫向框架梁截面為H400*300，吊柱截面為口600*600。采取順做法施工，需改變原有框架結構傳力路徑，使22層構件吊裝時自身具有足夠的剛度，能克服撓度過大和面外失穩、承受上部結構在未與轉換桁架有效連接前的自重荷載，并便于結構在轉換桁架安裝完成后整體卸載施工。
圖13 懸掛結構加固示意圖
考慮到平面矩形桁架為軸向受力桿件，橫向剛度大，施工簡便，為此擬將22層和24層與兩邊外斜鋼柱相連的七根鋼梁進行臨時加固，制作成桁架梁，以承擔由下而上順作法安裝時結構荷載，并將結構的安裝變形控制在安裝精度范圍以內。
在進行22層桁架安裝時，外斜撐鋼框架按照塊體擴大原則已經安裝完成25層。
圖14 外框架合攏流程圖
桁架梁安裝順序從兩端向中間同時進行，安裝前按規范要求拉設安全網，保證吊裝安全。
根據施工階段模擬計算分析，桁架梁卸載時的最大豎向變形為32.8mm，砼澆注完成后的最大豎向變形為65mm，為減小此處內框架的下撓值，加工時將22、23、24三層內框架梁跨中預起拱60mm。
4. 總 結
本文以直徑47m的內圓上部結構安裝為例，介紹了大跨度懸掛結構的順做法安裝技術，研究結果表明，將框架梁按平面矩形桁架加固后，構件剛度加強，易于順做法安裝，安裝完成后整體卸載施工簡便，克服了逆做法施工的困難，為類似工程提供了參考。
參考文獻
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（浙江精工鋼結構有限公司，浙江紹興 312030）
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