某大型商辦綜合體的鋼結構施工技術

馬 輝

上海外高橋集團股份有限公司森蘭置地分公司 上海 200137

1 概況

1.1 工程概況

某大型綜合體總建筑面積293 602 m2，其中地上建筑面積205 477 m2，地下建筑面積88 125 m2。工程建設2棟集餐飲、商業(yè)、辦公于一體的商業(yè)辦公綜合體（圖1），地上塔樓17層，高80 m；地上裙房4層，高25 m；地下結構2層。地下室層高均為6.0 m，首層層高5.7 m，2—4層層高為

5.4 m，其余層高均為4.4 m。

建筑平面整體呈弧形，裙房及地下室區(qū)域徑向?qū)挾?0～100 m，環(huán)向展開長度約350 m。上部塔樓于5層分為2個獨立塔樓，2個塔樓徑向?qū)挾染s40 m，環(huán)向展開長度均約150 m。上部結構于首層以上裙房中段設2道防震縫，將整個建筑劃分為獨立的結構單體A區(qū)、B區(qū)及C區(qū)，地下室連為一體（圖2）。

1.2 結構概況

圖1 工程效果圖

圖2 工程平面示意

2個獨立塔樓（A區(qū)和C區(qū)）結構采用“型鋼混凝土柱＋鋼結構梁＋鋼筋混凝土剪力墻”結構體系，獨立裙房（B區(qū)）采用“型鋼混凝土柱＋鋼結構梁”，純地下室采用鋼筋混凝土框架結構體系，采用樁筏基礎。

本工程主樓采用內(nèi)筒外鋼框結構，總用鋼量16 000 t。辦公樓A區(qū)核心筒外設42根勁性外框柱，辦公樓C區(qū)核心筒外設40根勁性外框柱，外框柱內(nèi)的勁性鋼柱為十字型鋼，最大鋼柱截面為不對稱十字型鋼1 000 mm×350 mm× 28 mm×28 mm/500 mm×150 mm×20 mm×28 mm。主樓樓面鋼梁為H 型鋼和箱形鋼梁，最大鋼梁截面H1 500 mm×300 mm×25 mm×30 mm，相對應的鋼梁最大跨度為13 m。

裙房主要為鋼框架結構，框架柱主要為十字勁性鋼柱，型鋼截面統(tǒng)一為400 mm×150 mm×16 mm×24 mm。裙房樓面鋼梁為H型鋼，最大鋼梁截面H1400 mm× 300 mm×24 mm×36 mm，相對應的鋼梁最大跨度為18 m。

1.3 工程難點、特點分析

1.3.1 結構平面面積大

地下結構最大樓層面積44 463 m2，地上結構最大樓層面積21 235 m2。

1.3.2 構件數(shù)量多

1）鋼柱：地下室分1節(jié)，共228根；1—5層分2節(jié)，每節(jié)220根，6—13層分4節(jié)，每節(jié)120根，14層以上分2節(jié)，每節(jié)80根。合計總共1 308根。

2）鋼梁：2層共1 250根，3層共1 332根，4層共1 090根，5層共1 113根，6層共532根，7—12層每層545根，13層共383根，14層共396根，15—17層每層395根，屋面層共399根。合計總共10 950根。

1.3.3 鋼構件質(zhì)量大

鋼梁最大單位長度質(zhì)量為0.43 t/m，最大鋼梁質(zhì)量9 t。鋼柱最大單位長度質(zhì)量為0.5 t/m，圓管鋼柱最大單位長度質(zhì)量為0.64 t/m，最大鋼柱質(zhì)量8 t。

2 總體施工部署

2.1 總體技術路線

本工程鋼結構施工主要分為2塊區(qū)域：地下部分鋼結構施工、地上部分鋼結構施工[1-2]。

2.1.1 地下部分鋼結構施工

地下部分鋼結構主要為地下結構鋼柱吊裝及自行車庫夾層鋼結構吊裝?？傮w采用4臺塔吊進行吊裝。自行車庫夾層鋼結構由于其位于基坑邊上，構件質(zhì)量也不大，故采用1臺50 t汽車吊跨外進行鋼結構吊裝。

2.1.2 地上部分鋼結構施工

地上部分鋼結構考慮采用4臺塔吊進行吊裝。塔吊外附于塔樓外側(cè)，總體按照先筒后框的順序施工，框架結構按照先柱后梁、自下而上的順序進行吊裝，保持核心筒結構領先外框結構3～4層。

2.2 機械選型與布置

2.2.1 主體鋼結構機械選型與布置

主體鋼結構施工包括地下室鋼結構施工和地上鋼結構施工，其大型機械布置情況基本相同：選取3臺STT403塔吊、1臺STT553（自北向南布置，起吊范圍分別為74、60、74、70 m）進行塔樓部分鋼結構吊裝，塔吊采用外附形式。鋼結構堆場在結構外側(cè)就近布置（圖3）。

圖3 機械及堆場布置

2.2.2 自行車庫夾層機械選型與布置

自行車庫夾層由于構件質(zhì)量較輕，故采用1臺50 t汽車吊跨外進行吊裝。

3 鋼結構施工工藝

3.1 地下結構施工工藝

地下部分鋼結構主要為地下結構勁性鋼柱吊裝及自行車庫夾層鋼結構吊裝。構件堆場設置于棧橋孔洞內(nèi)，放置在大底板上。

3.1.1 地腳螺栓的安放

第1節(jié)鋼柱通過鋼底板和8～16根錨栓與大底板固定連接，柱腳錨栓采用雙螺帽，底板下二次灌漿。安裝前按照基準軸線放出螺栓的定位軸線，采用十字線定出中心點。

安裝鋼梁埋件時，須采取有效的臨時措施或者與已綁扎完成的鋼筋焊接牢固，保證其在鋼筋綁扎、混凝土澆筑過程中的穩(wěn)定性，從而保證埋件的最終精度。

1）安裝技術措施：所有地腳螺栓與鋼梁埋件的軸線、標高定位、彈線，都必須進行現(xiàn)場復測并做好自檢報告和驗收；在大底板混凝土澆筑施工過程中，泵管嚴禁卸料在預埋地腳螺栓附近；預埋地腳螺栓處的混凝土應對稱振搗，盡量使附加外力最小。

2）地腳螺栓與鋼梁埋件檢查：螺栓的螺紋長度應保證鋼柱安裝后螺母擰緊的需要；在澆筑完大底板后，立即對螺桿位置進行復測。

3.1.2 地下室鋼柱安裝原則

1）地下室鋼柱分節(jié)，原則上為1節(jié)，首節(jié)鋼柱需高出首層標高1.3 m，地腳螺栓標高為－11.9 m，故地下室鋼柱長度為13 m，質(zhì)量在3～8 t范圍內(nèi)。

2）考慮到部分鋼柱13 m單節(jié)質(zhì)量太大，在塔吊覆蓋范圍外，針對此類鋼柱可選用2種方法進行安裝：將此類鋼柱分2節(jié)處理，即分段成2節(jié)6.5 m鋼柱，依次吊裝；利用50 t汽車吊上棧橋吊裝。

3）考慮到地下鋼結構施工過程中土建搭設的支撐梁、棧橋并沒有拆除，部分鋼柱無法整根安裝，也需要分段處理。分以下2種情況：

①鋼柱投影位置與支撐梁投影重合（圖4）。針對這種情況，只能對鋼構件分段，分段原則是首段柱頂標高低于支撐梁底標高500～1 000 mm，給土建預留足夠的施工操作空間。待上端棧橋支撐拆除后，再安裝第2段。

②鋼柱投影位置與棧橋板重合（圖5）。對于這種情況，又有2種處理方法：如果鋼柱所在位置上的棧橋板不作為土建單位機械、車輛行駛道，也不作為鋼筋臨時堆放場地，則需要將鋼柱上的一小塊棧橋板開矩形洞，開洞尺寸比鋼柱截面尺寸略大即可，之后使用塔吊將整根鋼柱穿過棧橋板進行安裝；如果鋼柱所在位置上的棧橋板需要臨時堆放鋼筋，或者在機械、車輛行駛道上，則同樣對相應鋼柱進行分段處理，先安裝第1段，待土建棧橋拆除后再吊裝第2段。

圖4 鋼柱碰支撐情況示意

圖5 鋼柱碰棧橋板情況示意

3.1.3 地下室鋼柱安裝細則

1）對于在塔吊起重范圍內(nèi)，且不會與棧橋支撐或棧橋板位置沖突的地下鋼柱，長度為13 m（高出首層樓面標高1.30 m），質(zhì)量在3～8 t范圍內(nèi)，使用STT553/403塔吊直接吊裝，安裝在相應地腳螺栓上（圖6）。

圖6 鋼柱安裝工況1

2）對于超出塔吊起重范圍的鋼柱需分2次吊裝，首先吊裝第1段鋼柱并與地腳螺栓連接，之后再吊裝第2段鋼柱，耳板固定后再焊接2節(jié)鋼柱，割除耳板后完成安裝（圖7）。

圖7 鋼柱安裝工況2

3）對于位置與棧橋支撐/板沖突的鋼柱，首先是分段成2節(jié)，首節(jié)需要通過附近的吊裝孔洞區(qū)域，將鋼柱吊入地下室，之后使用1輛移動推車將鋼柱運至目標位置，利用2個3 t手拉葫蘆進行位置調(diào)整并安裝就位。待棧橋拆除后，再將第2節(jié)鋼柱安裝就位（圖8）。

圖8 鋼柱安裝工況3

3.1.4 自行車庫夾層鋼結構吊裝

自行車庫夾層鋼結構吊裝主要為鋼梁吊裝，鋼梁最大單位長度質(zhì)量為0.05 t/m，最大構件質(zhì)量為0.27 t。由于此區(qū)域位于結構邊，因此考慮采用1臺50 t汽車吊跨外吊裝。

3.2 地上結構施工工藝

3.2.1 地上結構施工總則

地上部分鋼結構采用4臺塔吊進行吊裝。

塔吊均外附于塔樓外側(cè)，4臺塔吊同時運作，A、B、C區(qū)同步吊裝，總體按照先核心筒后外框、由核心筒向外擴散的安裝順序施工，框架結構按照先柱后梁、自下而上的順序進行吊裝，保持核心筒結構領先外框結構3～4層。鋼梁栓釘?shù)暮附优c壓型鋼板的鋪設隨層施工。

3.2.2 鋼柱吊裝

1）鋼柱分段。鋼柱大多為十字截面，勁性鋼柱分段吊裝，并根據(jù)塔吊吊重覆蓋范圍對鋼柱分段，每段質(zhì)量不超過8 t。

2）鋼柱的吊裝工藝。最靠近核心筒的鋼柱優(yōu)先吊裝，之后以核心筒為中心向四周擴散依次吊裝。起吊時鋼柱的根部要墊實，保證在根部不離地的情況下，通過吊鉤的起升與變幅及吊臂的回轉(zhuǎn)，逐步將鋼柱扶直，待鋼柱停止晃動后再繼續(xù)提升。為了使吊裝平穩(wěn)，應在鋼柱上端拴2根白棕繩牽引，單根繩長取柱長的1.2倍。鋼柱吊裝就位后，通過設計的臨時耳板和連接板，用普通螺栓進行臨時固定。固定前，要將鋼柱的標高、垂直度、偏移和扭轉(zhuǎn)等參數(shù)調(diào)整到規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

3.2.3 鋼梁吊裝

1）鋼梁吊裝工藝。平臺鋼梁采用兩點吊裝。鋼梁安裝前應對其進行預檢，鋼梁吊裝到位并應臨時固定后，方可松鉤。梁的質(zhì)量大于4 t時，要求設鋼吊耳。鋼梁安裝調(diào)整精度時需加設靠模。對于次梁或小梁，為有效提高吊裝效率，可采用幾根鋼梁一起起吊的方法。

2）一般鋼梁吊裝方案。本工程大部分鋼梁兩端與鋼柱連接，可直接使用塔吊與鋼絲繩鉤住鋼梁上表面的吊耳，吊運至目標鋼柱之間，由測量工確定位置準確無誤后，通過連接板和高強螺栓固定

3）核心筒外側(cè)鋼梁吊裝方案。本工程核心筒柱為混凝土柱，貼近核心筒的鋼結構梁需要通過鋼預埋件與混凝土柱連接，預埋件上需預先焊接2塊厚15 mm限位鋼板，用來頂住鋼梁翼緣以控制設計標高，待塔吊將鋼梁就位后，焊接連接鋼板與預埋件，再用高強螺栓固定后，完成安裝（圖9）。

圖9 核心筒外側(cè)鋼梁安裝方案

4 結語

本工程目前已圓滿完成了16 000 t鋼結構的施工，并獲評市鋼結構“金鋼獎”。本文所總結的鋼結構施工總體技術路線、機械選型與布置、在現(xiàn)有圍護支撐體系條件下地下室鋼柱安裝原則及細則、地上鋼柱的分段及吊裝、鋼梁的吊裝等主要經(jīng)驗，可供同類工程施工借鑒。