超长钢木混合榫卯檐廊施工技术

刘 智，武雄飞，柳之光，王丽霞，罗熙顺

(中国建筑第三工程局有限公司，湖北 武汉 430074)

0 引言

中国古代西汉时期，已基本形成使用榫卯连接梁柱的框架体系，在唐代得到成熟运用，五台山佛光寺是现今可考究的世界上最早的全榫卯木结构建筑。传统榫卯结构需使用复杂的建造技术加强每个关键节点，以保证满足受力要求，且木结构体系受力理论存在一定局限性，导致古法木结构在建筑样式创新上存在困难，不再完全适用于复杂多变的建筑环境。因此，需寻求新技术，以再现木结构建筑独有的质感、美感及文化气息，在传承祖先智慧的同时不断推陈出新。

1 工程概况

天府国际会议中心项目位于四川省成都市天府新区，紧邻中国国际西部博览城。天府国际会议中心前厅檐廊为胶合木全榫卯钢木混合结构，是利用钢材与胶合木组合受力的新型结构形式，可在保证体系良好受力性能的基础上，极大减少木材的使用，有效控制建造成本，加快施工速度。

整个前厅平面尺寸为411.5m×16m，高24.78m，屋顶采用胶合木榫卯结构吊顶，胶合木总体量达3 600m3，其中横梁1 700m3，胶合木纵梁1 200m3， 其余杆件700m3，成型效果如图1所示。

图1 胶合木成型效果

前厅跨度大，胶合木木椽条安装高度大，施工工作量较大，难度大，存在巨大的安全质量风险，方案的技术经济性指标较差。经过考虑，采用工厂定制+屋面分段吊装+高空拼装固定的方法完成屋面胶合木的施工，极大地降低了施工难度，且对控制其他因素具有重要作用。

2 施工总体思路

屋面木结构采用分段吊装+高空拼装固定的方法进行安装，配置2台80t和8台25，35t汽车式起重机转运和吊装材料，高空拼装时利用汽车式起重机将施工所需的木构件吊至指定部位，逐层拼装，施工完毕后卸载，进行下步工序的施工。

首先，确定屋面吊顶各施工区段及各相同标段(除起拱标段，其余标段柱间距均为9m)的构件分段图，制定相应的施工方案，使用CADWork软件进行建模计算，便于提前暴露各节点矛盾，及时修改并运用CLT(交错层压木材)工艺进行工厂加工，为后期快速安装和一次成型提供保障。

在前者基础上，确定具体施工顺序：钢结构施工→固定钢连接件(见图2)→固定首层胶合木横梁→固定首层胶合木斗(见图3，图中节点适用于所有连接在钢梁上的木斗)→固定首层胶合木纵梁与2层胶合木斗、横梁→固定胶合木竖杆在胶合木纵横梁交接处→固定上下层胶合木纵横梁与胶合木竖杆→胶合木积木式搭设→顶层胶合木纵横梁搭设(见图4)。

图2 钢连接件固定

图3 首层胶合木斗的固定

图4 顶层胶合木纵横梁连接

3 施工难点及解决措施

3.1 超长檐廊榫卯结构施工方案设计

根据檐廊下方钢结构支撑体系特点，以间距9m 的相邻2根钢柱作为单元体进行屋面胶合木设计(钢架起拱处屋面胶合木吊顶单独设计)，单元体内的钢结构作为胶合木吊顶的主要受力杆件，通过主钢梁和钢檩条、钢柱间抬梁形成体系共同承受重力(见图5)，同时胶合木各构件分担受力，使每个单元的胶合木与钢结构形成一个良好的循环受力体系。在对图纸深化的基础上将整个檐廊划分为多个跨度为9m的标准单元体进行施工，为后续施工分区和起重设备分阶段施工提供便利，为项目施工组织及顺利履约提供保障。

图5 钢柱抬梁支撑体系

3.2 胶合木高质量、高耐久性设计制造

传统木材受空气中温度和湿度的影响，会逐渐开裂、变形，外观也会受到较大影响，在使用过程中需经常进行养护。因此，本项目采用胶合木，该复合材料稳定性高、美观、可降解，常用来制作大跨度弯曲梁，符合本项目对木材性能的要求。同时，在原基础上对前厅檐廊胶合木提出更高要求，进一步采用CLT工艺对胶合木进行加工制造。该工艺主要采用木方叠放胶合成实木板材，将横纹和竖纹交错排布的木材胶合在一起，以增加强度和耐火性，满足本项目所需的高强度，如图6所示。研究表明，采用挪威云杉生产的5层试件横纹承压性能十分优异，横纹承受极限荷载Fc，90达3MPa，弹性模量Ec，90为400MPa，由于CLT构件的相邻层相互支撑，Fc，90和Ec，90比一般胶合木横纹分别高出30%，70%。查阅相关规范BS EN 1995—1—2：2004《欧洲规范5：木结构设计——第1-2部分：概述——结构防火设计》表明，胶合木的碳化速度相比同尺寸普通木材降低10%，具有更加优异的耐火性能，可有效控制后期受温度影响而产生的开裂。所有木材由资质良好的工厂进行统一生产线定做，保证胶合木的高质量加工。

图6 横竖纹交错排布

3.3 胶合木准确定位安装设计

本工程胶合木方量大、种类多，安装时若采用传统的放线定位会造成大量的累计误差，同时由于工厂统一标准生产胶合木，对安装固定时的精度控制要求高。

安装胶合木时，提前将连接板安装在钢结构上，以消化胶合木的安装误差，对连接板进行起拱，以抵抗胶合木结构自重导致的钢材变形，同时对连接板的孔位进行空间定位，将几厘米实际误差消除在±5mm内，满足木结构组装的精度要求。

成立QC小组，对木结构曲屋面成型质量进行检查和统计，对相应的问题进行研究，并制订整改方案，以确保木结构曲屋面的成型质量。

3.4 钢木混合建造工艺

本结构在设计时，鉴于传统榫卯结构的复杂性及木材使用量巨大的现状，对榫卯相应节点进行借鉴，并采用钢木混合进行结构优化，保留结构传统样式的同时极大减少木材的消耗，对项目降本增效及环境保护起到重要作用。

钢木混合主要是在胶合木结构相交部位，使用一定尺寸的螺杆通过胶合木留设的孔洞进行螺栓连接，组合胶合木构件(见图7)。

图7 钢木混合结构透视

4 结语

结合本工程实际特点，提出工厂定制、钢木混合、高空拼装的施工方法，成功实现了超长钢木混合榫卯檐廊的木结构施工建造。

1)构件深化，确保质量 对木结构各构件进行深化，确保屋顶木结构的安全，同时兼顾工厂生产、现场施工要求，为保证工厂制作、现场安装质量创造条件。

2)工厂制作，绿色环保 所有胶合木构件在工厂加工深化完成后运输到施工现场进行组装，避免噪声污染，同时通过工厂预定生产、现场拼装建造，大幅度提高施工进度，有效确保工期履约。

3)软件建模，提前把控 采用CADWork软件对檐廊屋顶的仿古木结构吊顶进行建模，提前深化部分重要节点，确保各节点的高精度施工。

4)连接板提前定位，提高精度 采用连接板定位安装方式消化钢结构的安装误差，对连接板孔位进行空间定位，将几公分实际误差消除在±5mm内，满足木结构组装的精度要求。

5)CLT工艺加工，保障质量 本工程胶合木材料首次采用国际先进的小型CLT加工工艺，保证包板稳定性，最大程度解决装饰包板材料较薄、后期易变形开裂的问题。