趣店集团新总部主楼钢结构施工技术

巫明杰

(江苏沪宁钢机股份有限公司,江苏 宜兴 214231)

0 引言

随着社会的发展,越来越多的具有大规模、多单体、整体地下室、复杂受力体系的钢结构建筑应运而生。本文依托趣店集团新总部项目,来研究这种复杂钢结构的施工。

1 工程概况

趣店科技金融创新园区位于厦门市同安区,主要由三栋楼组成,是趣店集团未来的总部。本项目用地红线范围300 m×200 m,红线范围内都设有地下室,其中1号楼范围内地下2层,其余部位地下1层。

此次施工范围为1号楼及其裙楼内的钢结构。1号楼地下2层、地上9层,总高45.25 m,呈“回”字形布置,外侧尺寸139.2 m,内侧尺寸84 m。

本项目钢结构最大跨度50.4 m,用钢量约19 500 t,最大板厚100 mm,最高材质Q460GJC。园区整体三维轴侧图见图1。

1号楼主楼主要由核心筒(8个)、楼层梁(2层—7层)、水平桁架(8层—9层)、巨型拱(7层—9层)及吊柱(2层—8层)组成。

核心筒共8个,单筒平面尺寸9.6 m×12.6 m,筒内有十字型、H型和L异型钢骨柱,材质Q460GJC,最大板厚100 mm。核心筒钢骨示意图见图2。

核心筒之间上部设巨型拱相连,拱最大长度57 m,最大断面规格□1 000×80×80×100,材质Q460GJC。拱跨越3层结构,中部及上部设拉梁和水平桁架、下部设拉索,形成自平衡体系。巨型拱示意图见图3。

2层—7层为楼层钢梁结构,上下层钢梁通过吊柱相连,组成悬吊受力体系,吊柱直径150 mm～325 mm,从上往下逐层递减,材质Q460GJC。钢梁和吊柱立面示意图见图4。

2 施工重难点分析

1)地下室范围大,钢结构吊装困难。上部结构施工时,下部及周边地下室已经施工完成,上部结构变成一座“孤岛”,给钢结构的运输和吊装带来了巨大的难度,需在地下室顶板上设置加固通道,加固点多,加固难度大。

2)结构体系复杂,安装难度大。主体采用上部巨型拱+下部悬吊结构体系,主受力构件为核心筒顶部的巨型拱。因此安装时要上部巨型拱先成体系,下部楼层梁后成体系。

3)结构跨度大,变形控制是重点。巨型拱最大跨度50.4 m,水平桁架最大悬挑12.8 m,且安装过程中巨型拱未成体系,因此变形控制是施工重点和难点。

4)节点复杂、重量大。巨型拱桁架区和核心筒节点复杂,节点质量约20 t～29 t,吊装和安装定位难度大,小型吊车无法完成作业。

5)工期压力大。含地下室在内,主楼总工期只有约11个月,其中地上结构施工工期只有7个月,工期压力非常大,因此选用何种施工方案最节约工期也是本工程的重点。

3 现场施工方案

3.1 总体施工部署

地下阶段施工部署:采用现场既有塔吊和2台50 t汽车吊相结合的方案吊装地下室钢骨。以现场既有塔吊为主,塔吊覆盖范围以外的构件用汽车吊下到基坑内就近吊装,尽量避免汽车吊下到基坑内作业,减少钢结构和土建施工交叉,降低施工难度(见图5)。

地上阶段施工部署:采用2台260 t履带吊、2台300 t履带吊及现场既有塔吊配合吊装主体结构;先施工主楼,主楼施工完成以后再施工裙房。履带吊通过加固通道在地下室顶板上作业(见图6)。

平面施工分区:平面上以核心筒为界,分为8个施工分区,8个分区同步施工。

立面施工顺序如下:1)地下结构吊装;2)设置地下室顶板加固通道回顶支撑;3)设置临时支撑,从下往上逐层安装2层—7层钢梁及吊柱;4)设置临时支撑,安装巨型拱、水平桁架及斜拉杆;5)施工拉索,然后从下往上拆除临时支撑,结构从施工状态转入设计状态。

3.2 履带吊加固通道设计

南北履带吊可行走在回填通道上,东西侧履带吊需上地下室顶板。

履带吊加固通道分别在裙房影响区和非裙房影响区。非裙房影响区加固通道可直接设于地下室顶板上。裙房影响区有超出地下室顶板的混凝土柱筋,加固通道需水平避开或者抬高避开钢筋。两种情况吊车通道加固方案如下。

非裙房影响区:钢支撑优先设于混凝土柱顶,然后在钢支撑上横向铺路基箱,最后在横向路基箱上再铺一层纵向路基箱;如钢支撑不在混凝土柱的位置,则设于混凝土主梁上,主梁底设置回顶支撑。

裙房影响区:裙房影响区内混凝土柱顶钢骨柱及甩筋超出地下室顶板约1 m,影响加固通道布置,因此加固通道的横向路基箱需避开结构柱,先在混凝土梁上设置横向路基箱,然后在横向路基箱上钢垫块,最后在钢垫块上铺纵向路基箱,混凝土主梁底设置回顶支撑。加固通道做法见图7。

混凝土区域内回顶支撑为φ351×12圆管,洞口处路基箱下部为格构式支撑。回顶支撑横断面2 m×2 m,弦杆规格φ325×10,腹杆规格φ180×8,支撑顶部用HW400×400做成“田”字形平台,支撑底部与大底板上的埋件相连。路基箱置于钢平台上时,只需设置限位板,不必焊接(避免在此处产生弯矩,对支撑体系不利)[1]。

路基箱厚度0.74 m,宽度2 m,长度8 m～18 m,采用HN700×300和20 mm厚钢板拼制而成,材质Q355B。加固通道现场见图8。

3.3 典型构件安装工艺

3.3.1 钢柱和钢梁安装工艺

钢柱起吊前应将登高爬梯、防坠器等挂设在钢柱预定位置并绑扎牢固,起吊时确保根部不拖。利用柱顶临时连接的螺栓孔作为吊点。起吊回转过程中应注意避免同其他已吊好的构件发生碰撞,吊索保持一定的有效高度。

钢柱起吊就位后临时固定,并初校垂直度,然后再松开吊钩,进行下一根钢柱吊装。

每个区域钢柱安装时,应及时安装上柱顶的框架梁,形成稳定的结构体系。

钢梁安装时,在梁上翼缘设置定位卡板,起吊前,先将钢梁腹板上的连接板用安装螺栓固定在腹板上。对于采用双剪板连接的钢梁,安装时先将梁两端腹板同一侧的连接板安装在就位位置,而另一侧的连接板则伸入至钢梁内,以便高空安装定位[2]。

3.3.2 吊柱安装工艺

本项目为悬吊结构体系,体系转换以前,吊柱既不能受拉,也不能受压。所以从下往上逐层安装,且安装过程中在吊柱两侧设置临时支撑,确保吊柱不参与受力。每层吊柱安装时需严格控制标高,确保该层梁的标高准确[3]。吊柱安装示意图见图9。

3.3.3 巨型拱拉索张拉施工工艺

巨型拱及水平桁架按照大节点和杆件拆分的原则,吊重和运输尺寸满足要求时尽量将节点和杆件共同制作。巨型拱及水平桁架下部设置临时支撑,然后履带吊分段吊装到设计位置。下部拉索根据钢结构的施工进度配合安装。拉索张拉和其他专业之间的配合详见图10。

3.4 钢结构卸载

卸载是结构从施工状态转化到设计状态的过程。钢结构安装、焊接完成,并检测合格后即可以开始卸载。本项目卸载依据“分区、分级、对称、同步”的原则,平面上根据现场实际施工情况结合计算分析,先卸载直边分区,然后卸载转角分区;立面上从下往上逐层卸载。

根据施工过程模拟,本工程临时支撑的卸载和拆除分两阶段进行。第一阶段先卸载和拆除图11深色点所示的64个支撑;第二阶段卸载和拆除图11所示浅色的40个支撑。卸载点布置见图11。

卸载采用割胎架模板的方式进行,每次割掉5 mm,直至结构不再产生变形,再一次性拆除临时支撑。卸载过程中需监测变形[4]。

为确保卸载顺利,过程中应特别注意如下事项:1)统一指挥,严格按照既定方案执行,并确保各卸载点保持同步;2)熟悉各卸载点的理论变形情况,防止出现不必要的惊慌或过激反应;3)卸载前检查临时结构和永久结构之间的连接情况;4)卸载前及卸载过程中应对结构进行监测,并及时与理论结果进行比对分析[5];5)做好安全交底和安全措施,并检查所用设备及机具,确保其性能良好。

4 结语

趣店科技金融创新园主楼钢结构工程用钢量大、构件重量大、结构体系复杂、工期紧、周围有大面积地下室,制约施工。

针对诸多不利因素,采用履带吊和塔吊配合吊装施工,节约工期,其中履带吊在加固通道上作业;避免吊柱提前参与受力,所有吊柱位置都设置临时支撑,待体系转换完成以后再拆除。

趣店科技金融创新园主楼钢结构工程的成功施工,对类似项目有一定的借鉴意义。