某商业中心大跨中庭钢结构组合施工方案研究

石瑛莉

（常泰建设集团有限公司，常州 213000）

1 前言

1.1 概述

近年来，由于商服地产的快速发展，造成商业办公综合体（CBD广场）的广泛应用。对建筑设计人员来说，需要根据商业业态和办公综合要求合理布设相关建筑风格。这往往需要在商业金街或商业裙楼位置设置大跨度开敞空间和结构跃层，提升建筑产品的品质。

鉴于钢结构轻质高强的特点，从降低设计施工难度、减少工程造价等方面考虑，设计这些室内开敞空间或跃层结构主要采用钢结构梁板体系［1］。相对于主体混凝土结构而言，该部分体量较小，施工中一般属于专业分包部分，易引起总包单位的忽视，造成钢结构、水电装饰等在施工流水布置中交叉干涉，相互影响［2］。其体现在主体混凝土结构施工完成后才发现钢结构安装条件不足，与水、电、暖通、装饰装修工程互相碰撞，引起纠纷。这就要求钢结构专项施工单位要充分了解现场条件，发挥自身专业能力，充分考虑现场条件合理的设计吊装专项方案，以规避可能造成的浪费、窝工和干涉等现象［3］。本文以某中心大跨度8～10层多层大跨度中庭钢结构的安装实施为例，论述合理设计施工专项方案的重要性。

1.2 工程概况

某商业中心2号楼裙楼部分楼层镂空位置设置大跨度主次钢梁+楼承板结构形式，主结构采用混凝土框架，钢结构梁与混凝土梁柱采用牛腿或预埋件铰接连接。

裙楼周边女儿墙比主体结构高一层，钢结构主要位于8层、9层楼面和10层屋面位置，共有5处，其中8层、9层楼面各一处，10层屋面三处。主钢梁的长度均在28.8 m以内，单梁重量在17～24 t。目前2号楼主楼施工至30层，裙楼混凝土结构已经施工完成，尚未拆除施工用塔吊和外部脚手架，正在砌筑外墙面，准备开始内部装饰装修。

由于总包方专业分包流程影响，造成钢结构实施滞后，未能按施工组织设计要求和混凝土结构同时实施。需要依托既有条件重新调整钢结构施工专项方案，保证设计意图的实现［4］。整体外观见图1，现场布置见图2，地下结构分布见图3。

图1 外观示意图Fig.1 Schematic diagram of appearance

图2 施工现场平面图Fig.2 Site plan

图3 地下室现场图Fig.3 Basement site plan

裙楼中庭钢结构布置情况。

8层楼面：标高37.75 m，洞口宽28.8 m、长41.798 m，在X-1～X-4与X-F～X-M轴之间，斜向位置，共有11根钢主梁GL1，次梁32根，每根主梁重约为18 t，长28.8 m。位置详见图4。

图4 8层钢结构布置图Fig.4 Layout of 8th story steel structure

9层楼面：标高43.15 m，洞口宽28.8 m、长38.588 m，在5～10与C～V轴之间，斜向位置，设计有15根钢主梁WGL1，次梁40根，每根主梁重约24 t，长28.8 m，位置详见图5。

图5 9层钢结构布置图Fig.5 Layout of 9th story steel structure

10层楼面：标高47.95 m，共有三个洞口。

A洞口分成A1和A2两个小洞口，其尺寸如下所示：

A1洞口宽28.8 m、长41.694 m，在X-1～X-4与X-F～X-M轴之间，正向位置，设计有11根钢主梁WGL2，次梁48根，每根主梁重约24 t，长28.8 m，A2洞口宽21 m，长28.8 m，在X-1～X-4与XC～X-F轴之间，设计有6根钢主梁WML3a，次梁40根，每根主梁重约15 t，长21 m。

B洞口宽27 m、长33 m，在Y-C与11-15轴之间，设计有11根钢主梁WGL3，次梁36根，每根主梁重约17 t，长27 m。

C洞口宽27.86 m，长33.6 m，在6-10与Q-1/L轴之间，设计有11根钢主梁WGL3，次梁26根，每根主梁重约15 t，长27.86 m。

具体位置详见图6。

图6 10层钢结构布置图Fig.6 Layout of 10th story steel structure

2 施工方案重难点对比分析

2.1 难点分析

（1）构件单件重量大，既有设备、场地限制明显；主体钢梁外形较大，重量较重，单根梁重不低于17 t，为安全和质量考虑分段不易超过3段，每段重量约6 t，已超过塔吊起重能力。

施工便道下为地下室结构，经多方复核，在增加下部支撑情况下，吊车起重吨位不能超过150 t，如采用原位直接吊装方式，吊车工作半径和额定起重量达不到要求［5］。

外部主路为市政干道，交通部门不允许占用，每天只能采用午夜临时占用方式（午夜天窗时间施工，每次占点及交通疏导不得超过3小时，且安全风险极大），吊车需采用1 500 t以上吊车（工作半径超过50 m）效能极低。

（2）中庭开洞位置多，洞口外形尺寸不一致；裙楼从5层开始就出现中庭开孔，需要铺设钢结构部分就有5处。开孔受建筑功能影响，同一位置上下楼层开孔形状不一致，有上大下小、上小下大、上矩形下圆孔和错位等现象。需要每一层每一个洞口的分析［6］。

（3）交叉作业多，干涉现象严重；2#主楼混凝土结构正在实施，裙楼混凝土结构已完成施工，裙楼现场水、电、暖通、设备和内部装饰装修都在实施，采用安全的满堂支撑架方式进行空中散装，已被总包方否决，需要考虑交叉作业影响。

2.2 施工方案比选

在上述难点分析的情况下，经过多方考虑，准备两种方案进行对比。

（1）方案一：各洞口整体提升安装方法。

方案说明：在柱顶设置提升支架，主结构原位在楼面或支架面进行分层分块拼装，拼装完成后进行整层提升，各层提升就位后安装楼承板［7］。

优点：提升施工技术成熟，提升速度快，避免了高空拼装的风险，减少了高空焊接工作量，提升架可减少大型机械的使用。

缺点：中庭开孔大小不一，部分地段类似喇叭形状，下层拼装场地狭窄或有小开孔，上层洞口大，场地条件限制大，需要增加临时补充环绕支撑架，整体提升效能显示不充分，类似部分满堂架，交叉干涉影响大。详见图7。

图7 洞口外观图Fig.7 Appearance of hole

（2）方案二：采用拔杆分件+部分构件滑移提升方式。

方案说明：在各洞口布置悬臂拔杆，直接采用分件吊装的方法进行吊装，遇到喇叭口形状，就采用分件吊装+滑移方式。

优点：结合了提升和滑移的优点，可以根据各洞口不同的情况进行布置，对于原主体结构影响较小，措施调整灵活机动，对于实施的客观条件不具有强制要求，对于场地情况复杂的吊装工况更具有适应性。

缺点：由于需要根据不同洞口采用不同的施工措施，对于现场的情况变化需要及时响应，措施使用的机械设备往往是小型机具，使用量较大，现场措施移动倒运的效率往往受影响。

（3）方案比选：施工干涉是施工安全质量的大患，同等条件下尽量减少作业干扰。方案1需要增加临时支撑，对下部场地范围需要独享作业空间，人员交叉及施工流水节拍无法科学有效共享空间，只能采用顺序流水。相对于方案2的灵活机动，施工可选择程度高。

因此选择方案2作为实施方案，其实施主要难点在于喇叭口形状位置（10层洞口B位置）的实施，故本文对该部分重点进行叙述。详见图8。

图8 分件+滑移方式示意图Fig.8 Schematic diagram of component+slip mode

3 方案实施应对临时措施研究

3.1 总平面布置

由于10层洞口B位于施工便道开门位置，为避让场地内部物流通道，在匝道内地下室设置承重支撑，地表设置130 t上料汽车吊和临时材料堆场。位置设计如图9所示。

图9 洞口B吊装施工总平面Fig.9 General plane of hoisting construction of hole B

3.2 施工措施

本工程施工采用“拔杆分件+部分构件滑移提升”相结合的安装方法，需要构件卸料平台、运输轨道梁、总装胎具、支撑架、轨道梁和平移及吊装用悬臂拔杆。

构件卸料平台：支架卸料平台，悬挑长度小于3.5 m（图10）。

图10 悬挑卸料平台（与原土建立柱化学锚栓连接）Fig.10 Cantilevered unloading platform（connected to chemical anchor bolt of original civil column）

运输轨道梁：型钢轨道+运梁支架（图11）。

图11 运梁轨道Fig.11 Luck beam orbit

总装胎具：拼装主梁构件用（图12）。

图12 总装胎具Fig.12 Assembly is milled

支撑架及轨道梁：支撑架为安装用临时支撑，滑道梁为滑移用。

图13 梁式支撑架+轨道梁Fig.13 Beam type support frame+rail beam

悬臂拔杆：起吊设备，分固定式和可单向移动式。

图14 悬臂拔杆计算图及其移动小车Fig.14 Cantilever bar drawing and its moving trolley

3.3 实施流程设计分析

本工程施工采用“拔杆分件+部分构件滑移提升”相结合的安装方法，需要构件卸料平台、运输轨道梁、总装胎具、支撑架、轨道梁和平移及吊装用悬臂拔杆。

步骤1：9层B型卸料平台、运输轨道、运梁支架和总装胎具设施就位，9层顶主梁构件通过室外吊车在卸料平台就位。由于立柱间距较小，梁段长度较长，故采用牵引落梁方式。

图15 室外吊车移至卸料平台上旋转45度（分段过长）牵引落梁示意图Fig.15 The outdoor crane is moved to the unloading platform and rotated 45 degrees（section is too long）to draw the drop beam schematic diagram

图16 卸料平台、运输轨道路线示意图Fig.16 Schematic diagram of unloading platform and transportation track

步骤2：分块主梁构件平移就位，利用千斤顶顶升至总装胎具上调整完成整体钢梁拼装。

图17 构件总装吊装示意图Fig.17 Schematic diagram of component assembly and hoisting

步骤3：利用运梁轨道，钢梁平移就位，悬臂拔杆9层就位。悬臂拔杆依次提升构件至支架的轨道梁上，步进式牵引滑移就位［8］。

图18 悬臂拔杆吊装，牵引滑移就位Fig.18 Cantilever rod lifting，traction slip in place

步骤4：千斤顶起顶落梁，安装梁柱连接位置及对应次梁、楼承板，利用成型结构拆除辅助设施，完成10层B洞口安装。

3.4 实施结果

项目实施完成，安全达到预期目标。

4 结论与建议

（1）协调统一安排各专业进行施工组织设计是施工中必须重视的前置条件，对于任一专业工程的忽视或遗漏往往会造成整体工程的安全、质量、工期和经济上的损失。

（2）在既有场地条件受限的前提下，需要开动脑筋，在满足安全、质量和工期的前提下，尽可能综合设计使用成熟的工艺工法，创造性地解决问题。

（3）加大对现场技术人员的结构理论基础学习，根据现场条件创造性地提供可实现的施工方案进行比选。