上海中心大廈鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)與外幕墻鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的合理配合和節(jié)點(diǎn)創(chuàng)新

上海機(jī)施建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海中心大廈采用由倒圓角的三段圓弧旋轉(zhuǎn)收縮上升形成的平滑扭曲面作為外輪廓，外幕墻采用柔性吊掛系統(tǒng)。典型區(qū)幕墻采用單層曲梁吊掛系統(tǒng)。在水平向，環(huán)梁通過(guò)徑向支撐與塔樓主體結(jié)構(gòu)相連，塔樓通過(guò)3 個(gè)側(cè)向約束有效地約束支撐結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)；在豎向，由25 對(duì)吊桿在徑向支撐與環(huán)梁連接處及V 槽口將環(huán)梁吊掛于各區(qū)的機(jī)電層（圖1）[1]。以往的工程中未遇到過(guò)相類似的幕墻系統(tǒng)。因此在設(shè)計(jì)及深化過(guò)程中所遇到的問(wèn)題也沒(méi)有以往的經(jīng)驗(yàn)可以參考，需要以新的思路和方法解決。

圖1 幕墻支撐結(jié)構(gòu)剖面

2 與外幕墻的配合

上海中心外幕墻采用柔性吊掛系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)外幕墻安裝流程：各區(qū)采用懸吊式施工平臺(tái)從上而下逐層安裝外幕墻。外幕墻板塊則是待外幕墻支撐整區(qū)完成以后，從下而上逐層安裝。當(dāng)外幕墻板塊安裝時(shí)懸吊式施工平臺(tái)已經(jīng)拆除。如果待安裝外幕墻板塊安裝時(shí)再現(xiàn)場(chǎng)焊接一次轉(zhuǎn)接件存在諸多問(wèn)題：現(xiàn)場(chǎng)定位測(cè)量困難，無(wú)焊接操作空間及焊接造成的幕墻圈梁的變形對(duì)幕墻板塊安裝存在影響。綜上所述，幕墻板塊一次轉(zhuǎn)接件現(xiàn)場(chǎng)焊接在幕墻支撐上是不可行的。

通過(guò)BIM合模，幕墻板塊的大小定位及其轉(zhuǎn)接件的位置已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝之前確定，且對(duì)于幕墻支撐的安裝精度要求在+0 mm與－30 mm之間，只有在此范圍內(nèi)才能保證幕墻板塊通過(guò)一次轉(zhuǎn)接件及安裝在板塊上的二次轉(zhuǎn)接件調(diào)整板塊位置精確定位。在構(gòu)件出廠前把一次轉(zhuǎn)接件與散熱翅片焊接在構(gòu)件上。

這樣既能保證現(xiàn)場(chǎng)安裝可操作性，又能保證幕墻板塊安裝的精度要求和滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度。

3 與滑移支座間的配合[1-5]

3.1 滑移支座與主體鋼結(jié)構(gòu)的配合

上海中心各區(qū)因主體結(jié)構(gòu)變形引起，外幕墻每區(qū)單元板整體的張開(kāi)、閉合變形，將通過(guò)休閑層支撐結(jié)構(gòu)底部環(huán)梁的滑移支座，上下移動(dòng)來(lái)消化。外幕墻休閑層都設(shè)置有垂直滑移支座（圖2）與水平滑移支座（圖3）。垂直滑移支座的位置需隨著外幕墻定位，因此垂直滑移支座落在主結(jié)構(gòu)上的位置每個(gè)區(qū)都不同。在設(shè)計(jì)過(guò)程中為保證滑移支座現(xiàn)場(chǎng)安裝的垂直度，在每個(gè)滑移支座處都要增加支座平臺(tái)，且每個(gè)支座平臺(tái)與主結(jié)構(gòu)的連接方式都有區(qū)別。需每個(gè)支座平臺(tái)跟設(shè)計(jì)院協(xié)調(diào)并確認(rèn)后在加工廠內(nèi)進(jìn)行拼接。

圖2 垂直滑移支座

圖3 水平滑移支座

（a）滑移支座底座在樓面梁位置時(shí)， 在滑移支座底座位置后面一跨增設(shè)鋼梁，與樓面梁連接均采用剛接形式。為滿足支座制作高度的要求，在新增支承鋼梁上還需增加T形連接板。

（b）滑移支座底座在桁架位置附近時(shí)，滑移支座底座直接焊接在桁架上，采用全焊連接且桁架上需設(shè)置加勁板。如果滑移支座位置有焊縫，為滿足滑移支座的進(jìn)度要求焊縫需磨平。

（c）滑移支座平臺(tái)需與幕墻板塊校核，如遇到部分底座與幕墻碰撞時(shí)，底座需切角以避讓幕墻（圖4）。

圖4 滑移支座底座部分切角

3.2 滑移支座與外幕墻支撐的配合

滑移支座與幕墻支撐連接，為保證現(xiàn)場(chǎng)安裝滑移支座的定位準(zhǔn)確且滿足幕墻支撐的精度要求，在滑移支座出廠前需焊接2 段幕墻圈梁，既能保證幕墻圈梁的標(biāo)高及水平，又方便現(xiàn)場(chǎng)安裝及定位。

4 與主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位的配合

4.1 幕墻支撐標(biāo)準(zhǔn)層與主體鋼結(jié)構(gòu)的配合

上海中心外幕墻采用由倒圓角的3 段圓弧旋轉(zhuǎn)收縮上升形成的平滑扭曲面作為外輪廓，造成外幕墻支撐與主體鋼結(jié)構(gòu)之間的連接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，并且徑向支撐與主結(jié)構(gòu)連接位置每層都不一樣，每一個(gè)連接點(diǎn)需要逐個(gè)確定其連接方式，所以原施工圖所提供節(jié)點(diǎn)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況，且原節(jié)點(diǎn)形式存在現(xiàn)場(chǎng)定位困難、安裝復(fù)雜、不能滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝流程的需要的問(wèn)題。在與設(shè)計(jì)院討論協(xié)商后采用如下節(jié)點(diǎn)形式：

4.1.1 幕墻支撐與樓面梁的連接

原節(jié)點(diǎn)要求在幕墻徑向撐位置需增加一道平躺H型鋼且與徑向撐采用螺栓對(duì)接的形式。因上海中心主體外幕墻安裝為自上而下。在主體結(jié)構(gòu)未完成桁架層的安裝前幕墻支撐系統(tǒng)是無(wú)法安裝的。如果采用螺栓形式的連接節(jié)點(diǎn)則需在幕墻支撐安裝時(shí)方可一起安裝定位，且螺栓數(shù)量也無(wú)法滿足構(gòu)造需要。因此如果這樣處理，對(duì)于設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝及現(xiàn)場(chǎng)可操作性都存在很大問(wèn)題

經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)協(xié)商優(yōu)化后采用如下節(jié)點(diǎn)形式：幕墻支撐與樓面梁的連接采用在樓面梁后增加T形平坦梁的形式，在出廠前焊接在樓面鋼梁上，并在幕墻支撐與樓面梁相交位置設(shè)置加勁板（圖5），形成組合件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的安裝。外側(cè)徑向撐節(jié)點(diǎn)則采用銷軸連接形式，銷軸底座與樓面鋼梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位及焊接。這樣的處理既可滿足結(jié)構(gòu)的受力需要，同時(shí)也保證了現(xiàn)場(chǎng)安裝及精度的要求。

圖5 幕墻徑向撐位置樓面梁加勁

4.1.2 幕墻支撐與巨柱的連接

當(dāng)幕墻支撐與巨柱連接時(shí)，一般采用在巨柱位置增加T形板的連接。為保證與混凝土的緊密性，在T形板上增加栓釘，且板上開(kāi)箍筋孔；如果遇到幕墻支撐在巨柱角部的位置時(shí)，則在巨柱上增加2 道加勁板，且加勁板與原樓面梁牛腿組合成箱型并在加勁板內(nèi)側(cè)打栓釘。這樣既能滿足保證巨柱縱筋的連續(xù)，又能滿足加勁板位置的箍筋封閉性。

4.1.3 幕墻支撐與重力柱的連接

幕墻支撐與重力柱連接時(shí)，因重力柱為H型鋼截面較小，徑向撐節(jié)點(diǎn)存在部分超出重力柱范圍，無(wú)法與重力柱連接的情況。最終與設(shè)計(jì)確認(rèn)采用重力柱局部增加板厚且重力柱外側(cè)貼板的措施保證徑向撐位置的現(xiàn)場(chǎng)可焊接性。

4.1.4 幕墻支撐短于2 m時(shí)與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接

經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)幕墻支撐長(zhǎng)度小于2 m時(shí)，原連接形式會(huì)對(duì)主結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大反力，主結(jié)構(gòu)無(wú)法提供可靠的支撐作用，同時(shí)會(huì)限制幕墻的自由變形且對(duì)環(huán)梁的豎向作用強(qiáng)。因此與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接需安裝豎向滑移支座來(lái)釋放由于幕墻變形所產(chǎn)生的垂直及彎矩荷載，確保主結(jié)構(gòu)只承擔(dān)幕墻變形所引起的水平荷載。主體鋼結(jié)構(gòu)上的加勁措施原則上按照上面所提3 點(diǎn)處理。

4.2 幕墻支撐吊掛層與主體鋼結(jié)構(gòu)的配合

幕墻支撐吊掛層為各區(qū)設(shè)備層下層所在的樓面。因施工圖原節(jié)點(diǎn)形式采用螺栓連接，在實(shí)際放樣后發(fā)現(xiàn)原節(jié)點(diǎn)圖上所要求的螺栓數(shù)量無(wú)法排布，不能滿足螺栓最小間距等構(gòu)造要求。

在與設(shè)計(jì)院協(xié)調(diào)后采用了如下的剛接節(jié)點(diǎn)（圖6）：在節(jié)點(diǎn)中每個(gè)吊掛位置需2 根拉索共同承擔(dān)應(yīng)力，設(shè)計(jì)過(guò)程中采用拉索耳板穿過(guò)頂層的幕墻圈梁且與圈梁全熔透焊接，通過(guò)圈梁把2 塊拉索耳板連接起來(lái)。吊掛梁也抬高至與樓面梁平齊且剛接，使整個(gè)吊掛節(jié)點(diǎn)的剛度達(dá)到要求。因外幕墻旋轉(zhuǎn)收縮上升，其各層拉索也順外幕墻旋轉(zhuǎn)收縮，在各區(qū)吊掛層位置吊掛及內(nèi)端鋼梁均采用順拉索方向的平行四邊形的異形拼制鋼梁。

因各區(qū)吊掛點(diǎn)隨幕墻旋轉(zhuǎn)而確定，因此與各區(qū)桁架層底層樓面梁的連接位置各不相同，經(jīng)過(guò)實(shí)際放樣后歸納出如下幾種節(jié)點(diǎn)形式：

4.2.1 吊掛點(diǎn)在環(huán)向樓面梁位置時(shí)的連接形式

吊掛梁與主體鋼結(jié)構(gòu)連接采用全焊形式。在吊掛梁內(nèi)側(cè)增設(shè)1 道鋼梁，與吊掛梁端剛接，鋼梁內(nèi)端與主體鋼結(jié)構(gòu)鉸接。

4.2.2 吊掛點(diǎn)在徑向樓面梁位置時(shí)的連接形式

吊掛鋼梁與樓面徑向梁整合在一起，使樓面梁拼接成有橫向3 道翼緣和縱向3 道腹板的組合件。

圖6 吊掛節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)形式

5 與機(jī)電和內(nèi)幕墻的配合[6,7]

5.1 幕墻支撐與機(jī)電之間的配合

在各區(qū)幕墻支撐第3層位置都設(shè)置有燈架，燈架中包括有噴淋管道、照明、音響及攝像頭等機(jī)電設(shè)備以及燈架鋁板幕墻。主要工作是與機(jī)電設(shè)備之間的協(xié)調(diào)。

5.1.1 與燈架鋁板幕墻的配合

在建模階段，為保證燈架鋁板幕墻的外觀要求。燈架的綴板布置按照燈架鋁板幕墻的分割來(lái)處理，使綴板位置都保證在鋁板分割線處。且在綴板上開(kāi)孔以配合幕墻鋁板龍骨的安裝。

5.1.2 與噴淋管道的配合

在燈架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)機(jī)電所提供的噴淋管道布置，在燈架結(jié)構(gòu)上開(kāi)孔洞，且開(kāi)孔位置及孔徑需機(jī)電核實(shí)確認(rèn)。

5.1.3 與照明和音響等設(shè)備的配合

在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要確認(rèn)照明與音響設(shè)備是否會(huì)和燈架結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，如果發(fā)現(xiàn)碰撞時(shí)通知機(jī)電進(jìn)行避讓，且根據(jù)照明和音響走線對(duì)燈架結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)孔。

5.2 幕墻支撐與內(nèi)幕墻之間的配合

在各區(qū)幕墻支撐與主結(jié)構(gòu)連接的節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)避讓內(nèi)幕墻玻璃所在位置，且把節(jié)點(diǎn)模型提交給內(nèi)幕墻公司，使內(nèi)幕墻在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)保證幕墻支撐位置的留洞。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，上海中心外幕墻結(jié)構(gòu)類型特殊，與各專業(yè)間的配合比較多，原施工圖所提供節(jié)點(diǎn)形式不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝的需要。在與設(shè)計(jì)協(xié)商后采用上述節(jié)點(diǎn)類型，為上海中心外幕墻構(gòu)件的加工提供便利，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和安裝精度的要求。且為以后工程中遇到相類似的節(jié)點(diǎn)形式和與各專業(yè)間的配合提供經(jīng)驗(yàn)及解決思路。