淺議不規(guī)則多館連體復雜鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝

上海寶冶集團有限公司 上海 200941

隨著我國鋼材產(chǎn)量的大幅度提升以及經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在大型公共建筑領(lǐng)域應用越來越廣泛，其結(jié)構(gòu)形式亦日趨復雜，同時對鋼結(jié)構(gòu)施工的周期、質(zhì)量及經(jīng)濟效益提出了較高的要求。

1 工程概況

1.1 項目概況

商丘市圖書館、展示館、方志館、市民中心（簡稱商丘三館一中心）是多館合一的文化組團綜合體建筑，是完善商丘市城市功能、提升城市品質(zhì)及展示城市文化的重點項目，其效果圖如圖1所示。

圖1 商丘三館一中心效果圖

該項目建筑高度28.2m，地下2層，地上5層，由4個單體和其間連體組成，總建筑面積92320m2；結(jié)構(gòu)形式為地下混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下一層為鋼骨柱，地上結(jié)構(gòu)全部為鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)為不規(guī)則多館連體復雜鋼結(jié)構(gòu)，其連體桁架跨度大，造型復雜，用鋼量達15000t，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示[1]。

圖2 商丘三館一中心鋼結(jié)構(gòu)三維示意圖

鋼結(jié)構(gòu)分為四個框架單體及連體結(jié)構(gòu)，連體結(jié)構(gòu)主要由四個主樓之間的連接桁架區(qū)及中央環(huán)形桁架區(qū)組成。單體間的連體桁架跨度最大為60m。連體桁架固定于主樓上，連體桁架下掛懸挑桁架及連橋桁架，中央環(huán)桁架通過懸挑桁架連接與主樓及連體桁架上，結(jié)構(gòu)受力復雜。

圖3 商丘三館一中心鋼結(jié)構(gòu)布置示意圖

圖4 商丘三館一中心桁架布置示意圖

圖5 北側(cè)連體桁架示意圖

圖6 連體桁架與環(huán)桁架區(qū)剖面圖

2 施工特點及重難點

2.1 施工場地限制

圖7 場地平面布置圖

根據(jù)總平面布置和現(xiàn)場實際情況，本項目四周施工道路有限，整個場地布置中，東側(cè)路寬2m、南側(cè)路寬5m、西側(cè)路寬7m，北面道路寬度約為10m，北面布置有總包的加工場地，可用區(qū)域有限，只有西側(cè)施工場地外有材料堆場，東側(cè)兩館材料需要進行二次倒運。

2.2 地下室頂板情況復雜

圖8 地下室頂板布置圖

地下室頂板不平整，整個頂板標高從-2～-0.15m，共有9中不同標高，圖中填充部分為不同標高；地下室頂板約有120個洞口，并且分部分散。地下室有兩種后澆帶，伸縮后澆帶樓板鋼筋斷開，需要樓板澆筑完成以后60天澆筑；沉降后澆帶所有鋼筋斷開，需要在主樓結(jié)構(gòu)完成、隔墻砌筑完畢及沉降基本穩(wěn)定后澆筑。后澆帶導致地下室形成大量臨時懸挑結(jié)構(gòu)，最大懸挑長度達6.45m，而該部分懸挑區(qū)域并非按照懸挑構(gòu)件配筋，給施工造成很多難度[2]。

圖9 地下室頂板后澆帶懸挑區(qū)域

2.3 施工場地降水影響

地下室沉降后澆帶需要在主樓結(jié)構(gòu)完成、隔墻砌筑完畢及沉降基本穩(wěn)定后澆筑，導致地下室降水需要一直持續(xù)到主體結(jié)構(gòu)全部完成以后才能撤銷降水排水管道；降水排水管高度約0.6m，將建筑主體與施工道路隔斷，嚴重影響施工。

圖10 降水排水管布置圖

2.4 桁架結(jié)構(gòu)形式復雜

整個結(jié)構(gòu)形式比較復雜，除主體結(jié)構(gòu)之間的主連體桁架外，主連體桁架上有下過桁架、懸挑桁架等，懸挑桁架端頭設(shè)置有環(huán)桁架、結(jié)構(gòu)中存在許多雙向桁架；而且每個區(qū)域的桁架跨度也不一致，以北側(cè)桁架為例，三榀主桁架跨度分別為60.4m、55.2m、54m。

3 施工方案選擇

3.1 主樓施工方案選擇

根據(jù)整個項目的情況，主樓常規(guī)的方案一般可以采用兩種：

（1）汽車吊吊裝

由于本工程鋼結(jié)構(gòu)地下1層、地上5層，整個結(jié)構(gòu)標高為28.2m，而且各館分散，滿足施工汽車吊吊裝的條件；而且根據(jù)工期要求可以每個館同時配備汽車吊進行吊裝，可以縮短施工工期。

（2）塔吊吊裝

整個項目場地狹小，也適用塔吊吊裝，整個施工場地內(nèi)設(shè)置3～4臺塔吊，基本可以滿足項目施工要求。

因為整個地下室頂板伸縮縫太密集，可供汽車吊行走的區(qū)域太小，而且材料倒運嚴重受影響，雖然汽車吊吊裝更靈活，但是受現(xiàn)有場地限制，無法采用；使用塔吊吊裝時，材料倒運是其優(yōu)勢，但是整個建筑分布范圍廣，而且受桁架影響，構(gòu)件都較重，就需要選擇性能更好的塔吊，而且整個施工期都收取費用，無形中增加許多成本；但是根據(jù)實際情況，只能選取塔吊吊裝。本工程選取3臺塔吊，1臺D1100-63，2臺TC8039-25[3]。

圖11 塔吊選用

3.2 桁架區(qū)施工方案選擇

桁架區(qū)施工方案的選擇是本工程方案比選的重點。鋼結(jié)構(gòu)施工時，桁架部分擬采取跨外吊裝方案、整體提升方案、高空散裝方案等幾種安裝方案進行比選，同時要綜合考慮施工成本。加固地下室，使用路基箱墊高、合理規(guī)劃行車路線及構(gòu)件拼裝擺放等措施解決現(xiàn)場場地受限的難題，加快施工進度，增加塔吊使用效率，但是同時加工范圍大，大大增加施工成本；跨外吊裝及高空散裝需要加固區(qū)域較少，但是會增加機械設(shè)備使用費用；整體提升加固區(qū)域少，提升增加施工費用。施工時主要研究幾種施工方案的比選。

根據(jù)現(xiàn)場條件，鋼結(jié)構(gòu)桁架部分施工可采用跨外吊裝方案、高空散裝方案、部分整體提升方案、全部整體提升方案等。

（1）跨外吊裝

跨外吊裝方案是采用大噸位履帶吊將整榀桁架進行吊裝，鋼梁等構(gòu)件進行高空散裝；高空散裝方案通過設(shè)置支撐胎架，在高空將構(gòu)件進行散裝；五層桁架重約34-178t，可采用大噸位履帶吊，該施工方法總體操作簡單。由于地下室頂板承載力有限，不能滿足履帶吊作業(yè)；如果履帶吊站在基坑外側(cè)進行吊裝，吊裝作業(yè)半徑過大，北側(cè)桁架達到35m，南側(cè)桁架達到40m，西側(cè)桁架達到55m，作業(yè)半徑過大，導致履帶吊其中性能一般；而且受場地限制，南側(cè)桁架和東側(cè)桁架無法用履帶吊吊裝。

（2）高空散裝

高空散裝是將所有構(gòu)件利用塔吊在高空進行安裝，其施工布置示意圖如下圖所示。該方法施工簡單，但由于全部為高空作業(yè)，其作業(yè)危險性較大，焊接質(zhì)量較難保證，施工周期過長，且使用臨時措施較多。

（3）整體提升

整體提升方案采用塔吊將連體部所有構(gòu)件拼裝后，利用同步提升技術(shù)進行整體提升。該施工方法施工效率較高，對場地空間要求小。由于拼裝高度過高，提升高度較小，經(jīng)濟性較差，且地下室需要進行加固[4]。

（4）部分提升

部分整體提升方案是利用塔吊將連體五層部分所有構(gòu)件進行整體提升，下部構(gòu)件利用汽車吊進行散裝作業(yè)。該方案施工效率高，焊接質(zhì)量容易控制，且地面拼裝對空間要求小。

綜上所述，施工方案對比見下表。綜合對比可知，部分整體提升方案綜合較好，故本工程采用該方案施工。由于東側(cè)桁架區(qū)域下方為地下車庫入口，影響拼裝場地，而且東側(cè)桁架跨度小，最后決定東側(cè)桁架采用高空散裝方案，剩下三個區(qū)域桁架采用部分提升方案[5]。

圖12 高空散裝布置示意圖

圖13 整體提升施工布置示意圖

圖14 部分整體提升施工布置示意圖

表1 施工方案對比

4 結(jié)束語

本工程通過對現(xiàn)場實際情況、鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式、塔吊性能等關(guān)鍵技術(shù)分析，在保證施工安全，技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上，綜合經(jīng)濟效益以及工期進度要求，比選出一種科學合理的吊裝方案，對不規(guī)則多館連體復雜鋼結(jié)構(gòu)的施工提供了一定的借鑒意義。