大型商辦綜合體全鋼框架結構施工技術

陳 嘯

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

宜家購物中心位于上海市長寧區，為集商業購物中心、宜家家居賣場及辦公樓為一體的商辦綜合體，占地面積約7萬 m2。本工程地下為混凝土框架結構，地上為全鋼框架結構（圖1）。鋼結構合同主要包含約2萬 t鋼結構、16.5萬 m2樓承板、26萬 m2防火涂料等的施工及管理工作內容。

圖1 結構模型

2 施工技術難點及解決方案

2.1 塔吊布置及安裝

1）技術難點。本工程占地面積巨大，構件形式復雜，對建筑有限高要求，塔吊型號與塔吊基礎形式選擇是完成項目的關鍵。

2）解決方案。根據本工程的自身情況，在施工場地內布置5臺ZSC600塔吊，對施工場地的覆蓋范圍達到95%以上，塔吊基礎選用井字轉換梁基礎。

2.2 大型桁架施工

1）技術難點。本工程有2處大型桁架，桁架超高、超長，不適合在加工廠整體加工，需要散件加工并且分段吊裝，在施工現場散件拼裝。

2）解決方案。在大型桁架深化階段，根據桁架分段原則定下桁架的分段位置，要求加工廠嚴格按照相關規范加工，保證加工質量。在施工現場，做好胎架搭設及腳手架搭設；桁架散件拼裝時，拼裝精度及焊縫質量須滿足要求。

2.3 安全施工管理

1）技術難點。鋼結構工程量巨大，分布范圍廣，同時施工的機械和人數較多，對安全管理要求很高。

2）解決方案。施工過程中，使用鋼結構施工安全標準化成套裝置，提供安全可靠的安全措施，保證施工過程的安全。

2.4 施工管理

1）技術難點。在混凝土結構與鋼結構的交界面，節點形式復雜，如何處理節點，保證混凝土結構與鋼結構的有效連接是一大施工難點；施工過程中存在大量屋面鋼結構工程及幕墻工程，施工面積大，構件品種多，同時是多工種共同施工，如何合理安排各工序平行交叉均衡施工是一大技術難點。

2）解決方案。由總包牽頭，在施工過程中秉承鋼結構深化施工一體化管理理念，積極組織協調各家單位進行技術交流和施工工序交流，配合各家單位提資，在工廠將其他單位的連接節點加工至鋼構件上，有效提高現場施工進度，最大限度地保證現場的施工安全和質量[1-6]。

3 塔吊布置及裝拆

3.1 塔吊布置

宜家項目鋼結構施工共布置5臺ZSC600塔吊，塔吊布置在基礎結構底板上。Ⅰ區3個分區各配置1臺ZSC600塔吊，Ⅱ區配置2臺ZSC600塔吊。11#～13#塔吊用70 m主臂，14#～15#塔吊用80 m主臂。塔吊使用期間，塔吊區域梁板留洞，洞口貫穿地下、地上結構，洞口面積最?。?.4×8.4） m2，塔吊周邊1跨范圍內不允許堆載（圖2、圖3）。

圖2 Ⅰ區塔吊定位平面示意

圖3 Ⅱ區塔吊定位平面示意

3.2 塔吊基礎

本工程塔吊基礎為井字轉換鋼梁，鋼梁上下錯層正交布置，下層2根鋼梁，上層2根鋼梁，塔吊荷載通過井字轉換梁傳遞至四角埋件，再通過埋件傳遞至結構基礎，埋件位置選擇樁基承臺上（圖4）。

圖4 塔吊基礎平立面示意

塔吊基礎井字轉換梁采用鋼箱梁，截面規格主要有B980 mm×800 mm×24 mm×40 mm、B1 400 mm×1 000 mm×24 mm×40 mm，材質為Q345B，在保證鋼箱梁承載能力的前提下，鋼箱梁具體規格根據實際情況調整。

埋件在基礎底板施工時埋入。下層轉換梁設置墊板找平與埋件焊接，上層鋼梁擱置在下層鋼梁上，與下層鋼梁通過角焊縫連接。上層鋼梁之間采用雙拼熱軋槽鋼連接。塔吊通過標準節下的底座連接至鋼井字轉換梁，底座與上層鋼梁連接方式為全熔透坡口焊。

3.3 塔吊裝拆

5臺ZSC600塔吊都在支撐棧橋拆卸前安裝，結構封頂后拆卸。Ⅰ區先安裝11#塔吊，再安裝12#塔吊、13#塔吊，Ⅱ區先安裝15#塔吊，再安裝14#塔吊。

塔吊安裝采用汽車吊站位棧橋上進行，汽車吊裝拆塔吊時，汽車吊起重支腿作用在支撐主梁上，不滿足時支腿下鋪設路基箱擴散。

塔吊拆卸時，11#塔吊、12#塔吊、15#塔吊先自降至屋面標高，采用汽車吊站位首層板，進行塔吊拆卸。13#塔吊先自降至屋面標高，采用1臺汽車吊站位于棧橋板和1臺汽車吊站位于室內首層板配合拆卸；14#塔吊先自降至屋面標高，采用1臺汽車吊站位于首層板和1臺汽車吊站位于室內首層板配合拆卸。

4 大截面桁架施工

4.1 桁架施工部署

本工程桁架下部由1根三叉柱支撐，三叉柱下部本體為鑄鋼件。最大一榀桁架質量約51.1 t，長度約51.270 m，由于桁架超高、超長，不便于運輸，故需要加工廠散件加工，現場分段拼裝（圖5）。

圖5 桁架構件大樣

桁架施工流程：鑄鋼件/HJ-3/HJ-4吊裝→臨時支撐安裝→分叉柱吊裝→HJ-1/HJ-2地面拼裝→HJ-1/HJ-2吊裝→結構補缺。

4.2 桁架分段

考慮到運輸要求，桁架加工廠散件加工，現場分段拼裝。分段原則：滿足原設計的受力要求；滿足現場安裝和精度控制的要求；滿足制作工藝和運輸的要求。分段點均距離節點1.5 m，為保證安裝質量，與桁架連接的鋼梁連接件均現場后焊。

4.3 臨時支撐搭設

桁架臨時支撐采用四方架，每個四方架下方需放置2個路基箱，路基箱長邊方向與桁架方向垂直；四方架下端與路基箱用角焊縫焊接固定，四方架上端利用轉換工字鋼梁與桁架焊接固定。

4.4 桁架吊裝

HJ-1地面拼裝后整體質量為28.5 t，吊裝采用220 t汽車吊。為保證桁架施工的安全，桁架松鉤前需提前利用塔吊安裝部分結構梁，同時設置相應的斜撐。

4.5 桁架吊裝變形驗算

在桁架施工前，為保證桁架安裝的質量和安全，利用Midas軟件建立計算模型，驗算桁架吊裝過程中的變形。吊裝過程中，桁架的變形僅考慮桁架自重產生的影響。經計算，桁架各分段吊裝過程中的變形均很小，最大變形為1.3 mm，滿足要求。

5 安全措施標準化成套裝置

本工程設計及研發了一套鋼結構安全施工標準化裝置，以滿足各類鋼結構工程的施工需求。

5.1 操作平臺

1）可組裝調節操作平臺（圖6）。由于鋼結構安裝領先于壓型鋼板的施工，為了解決外圍框架鋼柱的對接連接和焊接問題，本工程施工時設計專門的可組裝調節的操作平臺，該操作平臺組裝方便，可多次重復使用，極大提高了施工效率。

圖6 可調節操作平臺使用效果

2）大截面梁施工下掛式可調節施工平臺（圖7）。施工大截面梁和超高桁架時，由于常規的焊接吊籃不滿足大截面構件施工工況，故本工程專門設計了一種針對大截面構件的下掛式可調節施工平臺。

圖7 下掛式可調節施工平臺使用效果

5.2 垂直登高

為解決鋼柱吊裝和校正過程中的登高問題，本工程采用垂直登高掛梯（圖8），作業人員登高時必須通過鋼掛梯上下，攀爬過程中作業人員應當面向爬梯，手中不得持物，嚴禁以鋼柱栓釘為支撐攀爬鋼柱。

圖8 垂直登高掛梯使用效果

5.3 安全防護

1）防護安全繩。為方便施工過程中作業人員的安全通行，本工程施工過程中布置抱箍式雙道安全繩和立桿式雙道安全繩作為臨邊防護，作業人員行走時要把身上的安全繩卡扣扣在搭設的安全繩上，嚴禁在未做防護的情況下行走。

2）洞口處防護安全網。壓型鋼板鋪設時，為防止物體墜落，本工程在施工過程中架設下掛式安全網。同時在無需鋪設壓型鋼板的超大洞口處，為防止物體墜落，在結構鋼梁上架設上掛式安全網。

3）鋼制組裝通道及臨邊外挑網。施工過程中，為保證作業人員在樓層內安全通行以及小型機具轉移，架設鋼制組裝通道；在結構外圍，布置臨邊外挑網用于防止高空墜物。

5.4 接火措施

本工程焊接工程量巨大，為防止焊接過程中火花、焊渣的散落，造成安全隱患，在焊接過程中需安置接火斗。

6 鋼結構深化施工一體化

本工程多專業交叉施工，體量巨大，若采用傳統的單一劃分模式，建設單位需要增加各個工藝的項目管理隊伍，從而增加許多管理成本和投資成本；對于各個專業承包單位來說，由于各自的承包范圍不大，經營利潤絕對值小，無法投入比較完備的項目管理隊伍，不利于工程的建設。故本工程針對鋼結構與土建、鋼結構與屋面、鋼結構與幕墻實施深化施工一體化管理。

6.1 鋼結構、土建深化施工一體化

首層樓板是鋼結構與混凝土結構的轉換界面，存在大量的勁性柱與混凝土梁的連接節點，節點形式復雜多變。由總包帶頭，多方討論，利用計算機模擬排布三維放樣，鋼筋排布原則為：盡量排布貫通筋，減少節點焊筋量，在設計允許的情況下盡量加大鋼筋間距，保證焊接操作空間，提高焊接質量，故深化設計階段確定了如下幾種節點形式。

1）純連接板式。當混凝土梁的鋼筋只排布一排時，不管混凝土梁與勁性柱正交或斜交，鋼筋與勁性柱連接時都可以采用純連接板形式。施工時，鋼筋焊接采用雙面焊，焊接長度不小于5倍鋼筋直徑（圖9）。

圖9 梁柱正交時純連接板連接示意

2）連接板與直套筒搭配形式。當混凝土梁和勁性柱（勁性鋼柱為非圓管鋼柱）正交時，可以采用連接板和直套筒的搭配連接形式。施工時混凝土梁的一端采用連接板，另一端采用直套筒（圖10）。

圖10 連接板與直套筒搭配示意

3）連接板與斜套筒搭配形式。當混凝土梁和勁性柱（勁性鋼柱為非圓管鋼柱）斜交時，可以采用連接板和斜套筒的搭配連接形式，套筒傾斜角度不得小于60°。施工時混凝土斜梁的一端采用連接板，另一端采用直套筒（圖11）。

圖11 連接板與斜套筒搭配示意

4）特殊節點處理方式。當勁性鋼柱為圓管鋼柱時，由于在圓弧面上很難焊接上套筒，因而不能采取連接板和套筒的搭配方式。經過多方討論，設計出一種鋼牛腿方式，即連接板與加勁板的搭配方式（圖12）。施工時，上皮鋼筋第1、2行雙面焊接在牛腿上，下皮第2、3行鋼筋直接彎錨。當梁面有3排鋼筋時，采用如圖13所示的節點。

圖12 圓柱節點

圖13 3排筋鋼牛腿示意

6.2 鋼結構、屋面深化施工一體化

作為鋼結構專業分包，從工程整體考慮，由于本工程屋面面積大、結構復雜，故在鋼結構深化階段，積極與屋面專業單位溝通，共同討論鋼結構與屋面的施工。

1）采用基于BIM的信息化測量技術，結合3D掃描技術，通過建模、合模、修模，實現鋼結構深化設計、加工制作、現場安裝一體化聯動，解決了屋面構件雜亂繁多、難以精確定位的難題（圖14）。

圖14 屋面表皮合模

2）利用Midas軟件進行結構分析，除考慮恒活荷載外，由于屋面支撐與主體結構為非剛性連接，還需考慮溫度應力對結構的影響。通過Midas軟件分析之后，進行構件優化，減小構件截面。

6.3 鋼結構、幕墻深化施工一體化

1）連接件深化。幕墻與鋼結構連接件由幕墻單位深化，深化過程中要考慮到與幕墻有關的鋼結構尺寸偏差，使得連接件做到三維可調，并提出幕墻可調節的鋼結構允許誤差，同時幕墻支撐系統也必須滿足設計院結構工程師的受力要求。

2）鋼結構合模。幕墻單位對連接件深化后提資給鋼結構單位，由鋼結構單位合模，檢查是否滿足誤差要求，是否出現碰撞問題。當發現問題時，召開幕墻與鋼結構深化討論會，集思廣益，共同討論解決方法。

3）幕墻施工。幕墻施工時提出“跟蹤測量、分段移交、線形控制”的管理思路，打破了常規的施工步驟，在鋼結構安裝過程中幕墻單位及時穿插進行測量，在一個施工區段完成后移交幕墻單位進行施工，通過工序間的有效搭接，確保了工程的時間節點。

7 結語

本文主要針對鋼結構塔吊、鋼結構桁架、鋼結構安全措施、鋼結構一體化施工進行簡要闡述。以往工程塔吊基礎形式一般為預埋型或格構式承臺型，基礎安裝精度難以控制且施工成本高，本工程采用井字轉換鋼箱梁，現場直接測量定位，精度可以根據現場實際情況進行調整且后續塔吊拆除后鋼箱梁還能周轉使用，節約項目成本。鋼結構施工傳統的安全措施以搭設操作腳手為主，施工效率低，本工程設計了一套鋼結構安全施工標準化裝置，方便現場施工。大型商辦綜合體項目各個專業均與主體鋼結構有關，大多數專業各自為營，把各專業連接節點問題放到現場解決，導致現場施工進度慢，本工程秉承深化施工一體化理念，將各專業與主體結構連接節點在施工之前解決，將節點放置到工廠加工，既保證了施工精度，又能提高現場效率。