上海中心大厦钢结构深化设计与外幕墙钢结构支撑系统的合理配合和节点创新

上海机施建筑设计咨询有限公司 上海 200072

1 工程概况

上海中心大厦采用由倒圆角的三段圆弧旋转收缩上升形成的平滑扭曲面作为外轮廓，外幕墙采用柔性吊挂系统。典型区幕墙采用单层曲梁吊挂系统。在水平向，环梁通过径向支撑与塔楼主体结构相连，塔楼通过3 个侧向约束有效地约束支撑结构的扭转；在竖向，由25 对吊杆在径向支撑与环梁连接处及V 槽口将环梁吊挂于各区的机电层（图1）[1]。以往的工程中未遇到过相类似的幕墙系统。因此在设计及深化过程中所遇到的问题也没有以往的经验可以参考，需要以新的思路和方法解决。

图1 幕墙支撑结构剖面

2 与外幕墙的配合

上海中心外幕墙采用柔性吊挂系统。根据现场外幕墙安装流程：各区采用悬吊式施工平台从上而下逐层安装外幕墙。外幕墙板块则是待外幕墙支撑整区完成以后，从下而上逐层安装。当外幕墙板块安装时悬吊式施工平台已经拆除。如果待安装外幕墙板块安装时再现场焊接一次转接件存在诸多问题：现场定位测量困难，无焊接操作空间及焊接造成的幕墙圈梁的变形对幕墙板块安装存在影响。综上所述，幕墙板块一次转接件现场焊接在幕墙支撑上是不可行的。

通过BIM合模，幕墙板块的大小定位及其转接件的位置已经在现场安装之前确定，且对于幕墙支撑的安装精度要求在+0 mm与－30 mm之间，只有在此范围内才能保证幕墙板块通过一次转接件及安装在板块上的二次转接件调整板块位置精确定位。在构件出厂前把一次转接件与散热翅片焊接在构件上。

这样既能保证现场安装可操作性，又能保证幕墙板块安装的精度要求和满足现场安装进度。

3 与滑移支座间的配合[1-5]

3.1 滑移支座与主体钢结构的配合

上海中心各区因主体结构变形引起，外幕墙每区单元板整体的张开、闭合变形，将通过休闲层支撑结构底部环梁的滑移支座，上下移动来消化。外幕墙休闲层都设置有垂直滑移支座（图2）与水平滑移支座（图3）。垂直滑移支座的位置需随着外幕墙定位，因此垂直滑移支座落在主结构上的位置每个区都不同。在设计过程中为保证滑移支座现场安装的垂直度，在每个滑移支座处都要增加支座平台，且每个支座平台与主结构的连接方式都有区别。需每个支座平台跟设计院协调并确认后在加工厂内进行拼接。

图2 垂直滑移支座

图3 水平滑移支座

（a）滑移支座底座在楼面梁位置时， 在滑移支座底座位置后面一跨增设钢梁，与楼面梁连接均采用刚接形式。为满足支座制作高度的要求，在新增支承钢梁上还需增加T形连接板。

（b）滑移支座底座在桁架位置附近时，滑移支座底座直接焊接在桁架上，采用全焊连接且桁架上需设置加劲板。如果滑移支座位置有焊缝，为满足滑移支座的进度要求焊缝需磨平。

（c）滑移支座平台需与幕墙板块校核，如遇到部分底座与幕墙碰撞时，底座需切角以避让幕墙（图4）。

图4 滑移支座底座部分切角

3.2 滑移支座与外幕墙支撑的配合

滑移支座与幕墙支撑连接，为保证现场安装滑移支座的定位准确且满足幕墙支撑的精度要求，在滑移支座出厂前需焊接2 段幕墙圈梁，既能保证幕墙圈梁的标高及水平，又方便现场安装及定位。

4 与主体钢结构设计单位的配合

4.1 幕墙支撑标准层与主体钢结构的配合

上海中心外幕墙采用由倒圆角的3 段圆弧旋转收缩上升形成的平滑扭曲面作为外轮廓，造成外幕墙支撑与主体钢结构之间的连接节点复杂，并且径向支撑与主结构连接位置每层都不一样，每一个连接点需要逐个确定其连接方式，所以原施工图所提供节点不能满足现场实际的情况，且原节点形式存在现场定位困难、安装复杂、不能满足现场安装流程的需要的问题。在与设计院讨论协商后采用如下节点形式：

4.1.1 幕墙支撑与楼面梁的连接

原节点要求在幕墙径向撑位置需增加一道平躺H型钢且与径向撑采用螺栓对接的形式。因上海中心主体外幕墙安装为自上而下。在主体结构未完成桁架层的安装前幕墙支撑系统是无法安装的。如果采用螺栓形式的连接节点则需在幕墙支撑安装时方可一起安装定位，且螺栓数量也无法满足构造需要。因此如果这样处理，对于设计、现场安装及现场可操作性都存在很大问题

经过与设计协商优化后采用如下节点形式：幕墙支撑与楼面梁的连接采用在楼面梁后增加T形平坦梁的形式，在出厂前焊接在楼面钢梁上，并在幕墙支撑与楼面梁相交位置设置加劲板（图5），形成组合件进行现场的安装。外侧径向撑节点则采用销轴连接形式，销轴底座与楼面钢梁进行现场定位及焊接。这样的处理既可满足结构的受力需要，同时也保证了现场安装及精度的要求。

图5 幕墙径向撑位置楼面梁加劲

4.1.2 幕墙支撑与巨柱的连接

当幕墙支撑与巨柱连接时，一般采用在巨柱位置增加T形板的连接。为保证与混凝土的紧密性，在T形板上增加栓钉，且板上开箍筋孔；如果遇到幕墙支撑在巨柱角部的位置时，则在巨柱上增加2 道加劲板，且加劲板与原楼面梁牛腿组合成箱型并在加劲板内侧打栓钉。这样既能满足保证巨柱纵筋的连续，又能满足加劲板位置的箍筋封闭性。

4.1.3 幕墙支撑与重力柱的连接

幕墙支撑与重力柱连接时，因重力柱为H型钢截面较小，径向撑节点存在部分超出重力柱范围，无法与重力柱连接的情况。最终与设计确认采用重力柱局部增加板厚且重力柱外侧贴板的措施保证径向撑位置的现场可焊接性。

4.1.4 幕墙支撑短于2 m时与主体钢结构的连接

经过计算，当幕墙支撑长度小于2 m时，原连接形式会对主结构产生较大反力，主结构无法提供可靠的支撑作用，同时会限制幕墙的自由变形且对环梁的竖向作用强。因此与主体钢结构的连接需安装竖向滑移支座来释放由于幕墙变形所产生的垂直及弯矩荷载，确保主结构只承担幕墙变形所引起的水平荷载。主体钢结构上的加劲措施原则上按照上面所提3 点处理。

4.2 幕墙支撑吊挂层与主体钢结构的配合

幕墙支撑吊挂层为各区设备层下层所在的楼面。因施工图原节点形式采用螺栓连接，在实际放样后发现原节点图上所要求的螺栓数量无法排布，不能满足螺栓最小间距等构造要求。

在与设计院协调后采用了如下的刚接节点（图6）：在节点中每个吊挂位置需2 根拉索共同承担应力，设计过程中采用拉索耳板穿过顶层的幕墙圈梁且与圈梁全熔透焊接，通过圈梁把2 块拉索耳板连接起来。吊挂梁也抬高至与楼面梁平齐且刚接，使整个吊挂节点的刚度达到要求。因外幕墙旋转收缩上升，其各层拉索也顺外幕墙旋转收缩，在各区吊挂层位置吊挂及内端钢梁均采用顺拉索方向的平行四边形的异形拼制钢梁。

因各区吊挂点随幕墙旋转而确定，因此与各区桁架层底层楼面梁的连接位置各不相同，经过实际放样后归纳出如下几种节点形式：

4.2.1 吊挂点在环向楼面梁位置时的连接形式

吊挂梁与主体钢结构连接采用全焊形式。在吊挂梁内侧增设1 道钢梁，与吊挂梁端刚接，钢梁内端与主体钢结构铰接。

4.2.2 吊挂点在径向楼面梁位置时的连接形式

吊挂钢梁与楼面径向梁整合在一起，使楼面梁拼接成有横向3 道翼缘和纵向3 道腹板的组合件。

图6 吊挂节点标准形式

5 与机电和内幕墙的配合[6,7]

5.1 幕墙支撑与机电之间的配合

在各区幕墙支撑第3层位置都设置有灯架，灯架中包括有喷淋管道、照明、音响及摄像头等机电设备以及灯架铝板幕墙。主要工作是与机电设备之间的协调。

5.1.1 与灯架铝板幕墙的配合

在建模阶段，为保证灯架铝板幕墙的外观要求。灯架的缀板布置按照灯架铝板幕墙的分割来处理，使缀板位置都保证在铝板分割线处。且在缀板上开孔以配合幕墙铝板龙骨的安装。

5.1.2 与喷淋管道的配合

在灯架的设计过程中，根据机电所提供的喷淋管道布置，在灯架结构上开孔洞，且开孔位置及孔径需机电核实确认。

5.1.3 与照明和音响等设备的配合

在设计过程中主要确认照明与音响设备是否会和灯架结构发生碰撞，如果发现碰撞时通知机电进行避让，且根据照明和音响走线对灯架结构进行开孔。

5.2 幕墙支撑与内幕墙之间的配合

在各区幕墙支撑与主结构连接的节点时，节点避让内幕墙玻璃所在位置，且把节点模型提交给内幕墙公司，使内幕墙在设计时就已经保证幕墙支撑位置的留洞。

6 结语

综上所述，上海中心外幕墙结构类型特殊，与各专业间的配合比较多，原施工图所提供节点形式不能满足现场实际安装的需要。在与设计协商后采用上述节点类型，为上海中心外幕墙构件的加工提供便利，满足现场施工进度和安装精度的要求。且为以后工程中遇到相类似的节点形式和与各专业间的配合提供经验及解决思路。