超長鋼木混合榫卯檐廊施工技術

劉 智，武雄飛，柳之光，王麗霞，羅熙順

(中國建筑第三工程局有限公司，湖北 武漢 430074)

0 引言

中國古代西漢時期，已基本形成使用榫卯連接梁柱的框架體系，在唐代得到成熟運用，五臺山佛光寺是現今可考究的世界上最早的全榫卯木結構建筑。傳統(tǒng)榫卯結構需使用復雜的建造技術加強每個關鍵節(jié)點，以保證滿足受力要求，且木結構體系受力理論存在一定局限性，導致古法木結構在建筑樣式創(chuàng)新上存在困難，不再完全適用于復雜多變的建筑環(huán)境。因此，需尋求新技術，以再現木結構建筑獨有的質感、美感及文化氣息，在傳承祖先智慧的同時不斷推陳出新。

1 工程概況

天府國際會議中心項目位于四川省成都市天府新區(qū)，緊鄰中國國際西部博覽城。天府國際會議中心前廳檐廊為膠合木全榫卯鋼木混合結構，是利用鋼材與膠合木組合受力的新型結構形式，可在保證體系良好受力性能的基礎上，極大減少木材的使用，有效控制建造成本，加快施工速度。

整個前廳平面尺寸為411.5m×16m，高24.78m，屋頂采用膠合木榫卯結構吊頂，膠合木總體量達3 600m3，其中橫梁1 700m3，膠合木縱梁1 200m3， 其余桿件700m3，成型效果如圖1所示。

圖1 膠合木成型效果

前廳跨度大，膠合木木椽條安裝高度大，施工工作量較大，難度大，存在巨大的安全質量風險，方案的技術經濟性指標較差。經過考慮，采用工廠定制+屋面分段吊裝+高空拼裝固定的方法完成屋面膠合木的施工，極大地降低了施工難度，且對控制其他因素具有重要作用。

2 施工總體思路

屋面木結構采用分段吊裝+高空拼裝固定的方法進行安裝，配置2臺80t和8臺25，35t汽車式起重機轉運和吊裝材料，高空拼裝時利用汽車式起重機將施工所需的木構件吊至指定部位，逐層拼裝，施工完畢后卸載，進行下步工序的施工。

首先，確定屋面吊頂各施工區(qū)段及各相同標段(除起拱標段，其余標段柱間距均為9m)的構件分段圖，制定相應的施工方案，使用CADWork軟件進行建模計算，便于提前暴露各節(jié)點矛盾，及時修改并運用CLT(交錯層壓木材)工藝進行工廠加工，為后期快速安裝和一次成型提供保障。

在前者基礎上，確定具體施工順序：鋼結構施工→固定鋼連接件(見圖2)→固定首層膠合木橫梁→固定首層膠合木斗(見圖3，圖中節(jié)點適用于所有連接在鋼梁上的木斗)→固定首層膠合木縱梁與2層膠合木斗、橫梁→固定膠合木豎桿在膠合木縱橫梁交接處→固定上下層膠合木縱橫梁與膠合木豎桿→膠合木積木式搭設→頂層膠合木縱橫梁搭設(見圖4)。

圖2 鋼連接件固定

圖3 首層膠合木斗的固定

圖4 頂層膠合木縱橫梁連接

3 施工難點及解決措施

3.1 超長檐廊榫卯結構施工方案設計

根據檐廊下方鋼結構支撐體系特點，以間距9m 的相鄰2根鋼柱作為單元體進行屋面膠合木設計(鋼架起拱處屋面膠合木吊頂單獨設計)，單元體內的鋼結構作為膠合木吊頂的主要受力桿件，通過主鋼梁和鋼檁條、鋼柱間抬梁形成體系共同承受重力(見圖5)，同時膠合木各構件分擔受力，使每個單元的膠合木與鋼結構形成一個良好的循環(huán)受力體系。在對圖紙深化的基礎上將整個檐廊劃分為多個跨度為9m的標準單元體進行施工，為后續(xù)施工分區(qū)和起重設備分階段施工提供便利，為項目施工組織及順利履約提供保障。

圖5 鋼柱抬梁支撐體系

3.2 膠合木高質量、高耐久性設計制造

傳統(tǒng)木材受空氣中溫度和濕度的影響，會逐漸開裂、變形，外觀也會受到較大影響，在使用過程中需經常進行養(yǎng)護。因此，本項目采用膠合木，該復合材料穩(wěn)定性高、美觀、可降解，常用來制作大跨度彎曲梁，符合本項目對木材性能的要求。同時，在原基礎上對前廳檐廊膠合木提出更高要求，進一步采用CLT工藝對膠合木進行加工制造。該工藝主要采用木方疊放膠合成實木板材，將橫紋和豎紋交錯排布的木材膠合在一起，以增加強度和耐火性，滿足本項目所需的高強度，如圖6所示。研究表明，采用挪威云杉生產的5層試件橫紋承壓性能十分優(yōu)異，橫紋承受極限荷載Fc，90達3MPa，彈性模量Ec，90為400MPa，由于CLT構件的相鄰層相互支撐，Fc，90和Ec，90比一般膠合木橫紋分別高出30%，70%。查閱相關規(guī)范BS EN 1995—1—2：2004《歐洲規(guī)范5：木結構設計——第1-2部分：概述——結構防火設計》表明，膠合木的碳化速度相比同尺寸普通木材降低10%，具有更加優(yōu)異的耐火性能，可有效控制后期受溫度影響而產生的開裂。所有木材由資質良好的工廠進行統(tǒng)一生產線定做，保證膠合木的高質量加工。

圖6 橫豎紋交錯排布

3.3 膠合木準確定位安裝設計

本工程膠合木方量大、種類多，安裝時若采用傳統(tǒng)的放線定位會造成大量的累計誤差，同時由于工廠統(tǒng)一標準生產膠合木，對安裝固定時的精度控制要求高。

安裝膠合木時，提前將連接板安裝在鋼結構上，以消化膠合木的安裝誤差，對連接板進行起拱，以抵抗膠合木結構自重導致的鋼材變形，同時對連接板的孔位進行空間定位，將幾厘米實際誤差消除在±5mm內，滿足木結構組裝的精度要求。

成立QC小組，對木結構曲屋面成型質量進行檢查和統(tǒng)計，對相應的問題進行研究，并制訂整改方案，以確保木結構曲屋面的成型質量。

3.4 鋼木混合建造工藝

本結構在設計時，鑒于傳統(tǒng)榫卯結構的復雜性及木材使用量巨大的現狀，對榫卯相應節(jié)點進行借鑒，并采用鋼木混合進行結構優(yōu)化，保留結構傳統(tǒng)樣式的同時極大減少木材的消耗，對項目降本增效及環(huán)境保護起到重要作用。

鋼木混合主要是在膠合木結構相交部位，使用一定尺寸的螺桿通過膠合木留設的孔洞進行螺栓連接，組合膠合木構件(見圖7)。

圖7 鋼木混合結構透視

4 結語

結合本工程實際特點，提出工廠定制、鋼木混合、高空拼裝的施工方法，成功實現了超長鋼木混合榫卯檐廊的木結構施工建造。

1)構件深化，確保質量 對木結構各構件進行深化，確保屋頂木結構的安全，同時兼顧工廠生產、現場施工要求，為保證工廠制作、現場安裝質量創(chuàng)造條件。

2)工廠制作，綠色環(huán)保 所有膠合木構件在工廠加工深化完成后運輸到施工現場進行組裝，避免噪聲污染，同時通過工廠預定生產、現場拼裝建造，大幅度提高施工進度，有效確保工期履約。

3)軟件建模，提前把控 采用CADWork軟件對檐廊屋頂的仿古木結構吊頂進行建模，提前深化部分重要節(jié)點，確保各節(jié)點的高精度施工。

4)連接板提前定位，提高精度 采用連接板定位安裝方式消化鋼結構的安裝誤差，對連接板孔位進行空間定位，將幾公分實際誤差消除在±5mm內，滿足木結構組裝的精度要求。

5)CLT工藝加工，保障質量 本工程膠合木材料首次采用國際先進的小型CLT加工工藝，保證包板穩(wěn)定性，最大程度解決裝飾包板材料較薄、后期易變形開裂的問題。