鋼框架結(jié)構(gòu)吊柱逆做和順做施工方案

張 成

(上海新鴻基威萬房地產(chǎn)有限公司，上海 200020)

1 工程概況

1.1 工程地理位置及建筑概況

上海市徐匯區(qū)某商業(yè)綜合體，地塊東側(cè)緊靠地鐵A號線車站，西側(cè)下方為地鐵B號線隧道，地塊內(nèi)部北側(cè)有B號線隧道從下方穿越，處于某商圈的核心地帶。整個商業(yè)綜合體規(guī)劃以辦公樓、商場、酒店為主，由T1塔樓、T2塔樓、酒店、鋼裙房、混凝土裙房、人行連橋等組成。地上建筑面積約52.6萬m2，地下建筑面積約24.6萬m2，總建筑面積約77.2萬m2。

本文針對北裙房鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案進行討論分析。

1.2 北裙房概況

北裙房位于場地北側(cè)，東西向長約164 m，南北向?qū)捈s106 m，地上7層，地上部分向上逐步收縮，總面積約50 000 m2，建筑使用功能大致為1層～5層商場，6層～7層電影院，上部結(jié)構(gòu)類型為鋼框架結(jié)構(gòu)。地鐵B號線橫貫鋼結(jié)構(gòu)裙房下方，B號線隧道頂埋深7 m～14 m。地下部分是勁性鋼柱，1層梁是混凝土梁，2層至屋面層是鋼柱、鋼梁和壓型鋼板組合樓板結(jié)構(gòu)。鋼柱布置在地鐵隧道兩側(cè)，鋼梁一般跨度15 m，最大跨度約26 m。由于裙房結(jié)構(gòu)較為復雜，工期緊，擬先后布置4 臺動臂塔吊作為裙房鋼結(jié)構(gòu)施工的吊裝機械，在裙房結(jié)構(gòu)施工逐步完成后逐一拆除。

1.2.1 北裙房地上鋼結(jié)構(gòu)布置

北裙房鋼結(jié)構(gòu)立面示意圖如圖1，圖2所示。

懸挑結(jié)構(gòu)外側(cè)設置下掛柱，由設置在8層屋面以上(+45.300 m)的桁架結(jié)構(gòu)提供豎向支撐。地上鋼結(jié)構(gòu)在8榀桁架的兩側(cè)，分布有10根下掛鋼柱，分別下掛至L2層～L6層。如圖3所示，圓圈內(nèi)的數(shù)字代表下掛吊柱編號，L后面的數(shù)字代表下掛柱底標高所在的樓層。如：1號下掛柱由屋面桁架斜腹桿底部下掛至2層樓面標高，2號下掛柱由屋面桁架底部下掛至4層樓面標高，3號下掛柱由屋面桁架斜腹桿底部下掛至2層樓面標高，以此類推。

由于下掛吊柱在北裙房范圍內(nèi)分布廣泛，影響面積大且下掛至多個不同樓層，下掛柱的安裝成為裙房鋼結(jié)構(gòu)施工中非常重要的部分。

1.2.2 北裙房受力概況

北裙房鋼結(jié)構(gòu)由8層屋面以下的鋼框架結(jié)構(gòu)和8層屋面以上的鋼桁架結(jié)構(gòu)共同組成。下掛區(qū)域豎向力的主要傳力路徑為：樓板豎向荷載→樓面鋼梁→下掛吊柱→屋面鋼桁架→屋面以下鋼框架→地下室混凝土柱→地下室底板→工程樁。

因此，考慮荷載布置最不利的區(qū)域(懸挑范圍面積最大，下掛結(jié)構(gòu)布置層數(shù)最多)，且對現(xiàn)場施工工期影響最大(下掛至結(jié)構(gòu)樓層最低，影響組合樓板土建施工最早)，本文主要選擇28軸/V軸處的吊柱立面布置進行方案說明。

2 吊柱逆做法施工方案

2.1 逆做法的施工流程

圖4～圖8為北裙房28軸/V軸處的上部結(jié)構(gòu)逆做法安裝流程立面示意。

第一步：如圖4，吊裝無懸挑區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)，1層～9層(屋面桁架上弦層)；

第二步：如圖5，自2層樓面起，由下至上依次安裝樓面水平鋼梁、樓面臨時斜桿(按圖5中數(shù)字順序安裝構(gòu)件1～12)，安裝屋面桁架下弦水平桿(構(gòu)件13)，安裝屋面桁架斜腹桿(構(gòu)件14)；

第三步：如圖6，安裝屋面桁架豎腹桿(構(gòu)件15)，安裝屋面桁架上弦桿(構(gòu)件16)；

第四步：如圖7，由上至下依次安裝7層～2層吊柱(構(gòu)件17～22)；

第五步：如圖8，待2層～8層樓面壓型鋼板鋪設和混凝土樓板澆筑完成后，由上至下依次拆除樓面臨時斜桿(構(gòu)件23～28)。

2.2 逆做法方案工期統(tǒng)計

2.2.1 工期A

根據(jù)北裙房施工計劃，后續(xù)施工為東立面幕墻的施工。工期A統(tǒng)計從鋼結(jié)構(gòu)地上部分的吊裝開始，至3層混凝土樓板澆筑完成，此時帶有幕墻埋件的2層、3層樓板滿足安裝幕墻龍骨的需求。在北裙房鋼結(jié)構(gòu)深化圖紙完成終審、構(gòu)件加工均已完成的條件下，忽略壓型鋼板鋪設的施工時間，根據(jù)現(xiàn)場該區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)吊裝量、場地塔吊布置、鋼結(jié)構(gòu)和土建施工人員數(shù)量等客觀條件，吊裝工期如下：

第一步：主框架1層～7層吊裝時間約每層3周，屋面桁架層的吊裝時間為6周，共3×7+6=27周；

第二步：懸挑區(qū)樓面梁、臨時斜桿的吊裝時間約每層3 d，屋面桁架下弦和斜腹桿的吊裝時間為3 d，共3×6+3=21 d；

第三步：屋面桁架豎腹桿和斜腹桿，安裝時間為3 d；

第四步：下掛吊柱安裝時間為0.5 d 1層，共0.5×6=3 d；

土建施工：懸挑區(qū)2層、3層混凝土樓板澆筑，每層1周，共2周。

綜上，逆做法工期A總用時為：27×7+21+3+3+2×7=230 d。

2.2.2 工期B

考慮后續(xù)北裙房屋面女兒墻鋼桁架的進場安裝時間。工期B統(tǒng)計從鋼結(jié)構(gòu)地上部分的吊裝開始，至8層混凝土屋面板澆筑完成，工期計算如下：

第1步～第4步：同工期A，共27×7+21+3+3=216 d。

土建施工：2層～8層，每層混凝土樓板澆筑1周，共7周。

綜上，逆做法工期B總用時為：216+7×7=265 d。

2.3 逆做法受力變形分析

臨時斜桿采用雙拼槽鋼形式，槽鋼截面為[40a，材質(zhì)為Q345B。關(guān)于臨時斜桿的受力計算，斜桿和鋼柱、鋼梁連接節(jié)點的構(gòu)造和計算等，本文不做贅述。

懸挑區(qū)域樓層斜桿拆除的施工順序，為由上至下，逐步將7層～2層的豎向力通過吊柱傳至屋面桁架。施工過程中的樓面荷載(活載3 kN/m2)不大于永久結(jié)構(gòu)設計的荷載(樓面建筑面層的附加恒載2.4 kN/m2、樓面活載3 kN/m2)。所以，逆做法施工過程中主結(jié)構(gòu)的承載力滿足。懸挑部分樓面梁端現(xiàn)場安裝時均會適當起拱。因此，逆做法對主結(jié)構(gòu)的變形影響主要為拆除樓面臨時斜桿后懸挑區(qū)域的變形。

2.3.1 計算模型建立

計算軟件選用：上部結(jié)構(gòu)采用《盈建科建筑結(jié)構(gòu)設計軟件》(YJK-A)進行受力分析。

北裙房鋼結(jié)構(gòu)模型東立面示意如圖9所示。

2.3.2 計算技術(shù)參數(shù)

采用永久結(jié)構(gòu)計算模型，計算28軸/V軸變形最大點2層吊柱底部在拆除2層～7層斜桿前后的變形。忽略上層樓板澆筑過程中荷載增加造成2層樓面的變形影響。

嵌固端為1層樓板，施工臨時工況，考慮風荷載，不考慮地震作用。樓面恒載僅考慮組合樓板自重：2層～6層主要為120 mm厚混凝土板，25×0.12=3 kN/m2；7層為150 mm厚混凝土板，25×0.15=3.75 kN/m2；8層屋面為200厚混凝土板，25×0.2=5 kN/m2。由于進行撓度計算，樓面活載根據(jù)現(xiàn)場實際情況，考慮1 kN/m2滿鋪。

模型1：2層～7層增設臨時斜桿，如圖9所示；模型2：2層～7層臨時斜桿均拆除。

2.3.3 計算結(jié)果

根據(jù)盈建科軟件計算結(jié)果，2層吊柱底在標準組合(1.0恒載，1.0活載)作用下，三維坐標變形為：

模型1：x向往東0.14 mm，y向往北0.56 mm，z向豎直向下13.91 mm；

模型2：x向往東0.16 mm，y向往北0.32 mm，z向豎直向下18.38 mm。

忽略水平方向的較小變形，該點豎向變形為18.38-13.91=4.47 mm。

如圖10所示，選取西側(cè)變形較小的點進行變形計算，西側(cè)節(jié)點的豎向撓度為：模型1：2.75 mm，模型2：2.78 mm，該西側(cè)點豎向變形為2.78-2.75=0.03 mm。

對于多發(fā)GGN的管理策略，各指南間差異較大。NCCN肺癌篩查指南[13]將多個結(jié)節(jié)按照mGGN和pGGN分別進行管理，F(xiàn)leischner協(xié)會[14]則采取結(jié)節(jié)大小臨界值為6 mm進行分類管理，而ACCP肺結(jié)節(jié)評估指南[16]建議將多個結(jié)節(jié)獨立進行評估。不同指南針對多發(fā)GGN的管理策略見表3。

根據(jù)GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設計標準，表B.1.1，鋼梁撓度限值1/250；此鋼梁兩端撓度：(4.47-0.03)/8 500=1/1 914，小于1/250，滿足。

根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，表3.4.5，一類混凝土結(jié)構(gòu)裂縫限值0.3 mm；不考慮混凝土組合樓板鋼筋作用，西側(cè)節(jié)點處板頂裂縫： (4.47-0.03)/8 500×120=0.063 mm，小于0.30 mm，滿足。

綜上，逆做法工況的鋼結(jié)構(gòu)變形和混凝土樓板裂縫均滿足要求。

3 吊柱順做法施工方案

3.1 順做法的施工流程

圖11～圖15為北裙房28軸/V軸處的上部結(jié)構(gòu)順做法安裝流程立面示意。

第一步：如圖11所示，吊裝無懸挑區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)，1層～2層樓面；

第二步：如圖12所示，安裝1層臨時撐桿(構(gòu)件1)，安裝2層樓面鋼梁(構(gòu)件2)；

第三步：如圖13所示，由下至上依次安裝無懸挑區(qū)域主結(jié)構(gòu)、吊柱、樓面臨時斜桿、樓面鋼梁(按圖13中數(shù)字順序安裝：主結(jié)構(gòu)至3層樓面、構(gòu)件3～5、主結(jié)構(gòu)至4層樓面、構(gòu)件6～8……主結(jié)構(gòu)至8層屋面、構(gòu)件18～20)，安裝屋面桁架，安裝屋面桁架斜腹桿(構(gòu)件21)；此步驟中，3層樓面構(gòu)件5完成安裝后，即可進行2層樓面混凝土樓板澆筑，4層樓面構(gòu)件8完成安裝后，即可進行3層樓面混凝土樓板澆筑；

第四步：如圖14所示，安裝屋面桁架豎腹桿(構(gòu)件22)，安裝屋面桁架上弦桿(構(gòu)件23)；

3.2 順做法方案工期統(tǒng)計

3.2.1 工期A

工期統(tǒng)計同逆做法方案，從鋼結(jié)構(gòu)地上部分的吊裝開始，至3層混凝土樓板澆筑完成。其余客觀條件同逆做法，吊裝周期如下：

第一步：無懸挑區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)約每層3周，共3周；

第二步：豎向撐桿(構(gòu)件1)、2層鋼梁，約3 d；

第三步：鋼結(jié)構(gòu)約每層3周，至4層樓面的安裝時間為3×2=6周；鋼結(jié)構(gòu)每層3周，大于混凝土樓板施工所需1周，因此，4層樓面鋼結(jié)構(gòu)吊裝完時，2層混凝土樓板已澆筑，進行3層混凝土樓板澆筑。共6+1=7周。

綜上，順做法工期A總用時為：3×7+3+7×7=73 d。

3.2.2 工期B

第一、二步：同工期A，共3×7+3=24 d；

第三、四步：鋼結(jié)構(gòu)約每層3周，屋面桁架層6周，共3×6+6=24周；

土建施工：屋面桁架層施工的6周時間內(nèi)，已將8層屋面混凝土澆筑完成。

綜上，順做法工期B總用時為：24+24×7=192 d。

3.3 順做法受力變形分析

臨時斜桿同逆做法，采用雙拼槽鋼[40a形式。1層豎向撐桿(圖12，構(gòu)件1)采用直徑609 mm圓鋼管，材質(zhì)為Q235B。撐桿的受力計算、撐桿上下端節(jié)點的構(gòu)造和計算、撐桿底部L1層混凝土梁承載力計算等，本文不做贅述。

8層～9層屋面桁架形成前，懸挑區(qū)域豎向荷載主要由1層豎向撐桿和臨時樓面斜桿分別傳至1層混凝土梁和斜桿上端連接的主框架柱，此結(jié)構(gòu)體系的承載力均滿足。

屋面桁架形成后，懸挑區(qū)域樓層斜桿和底部撐桿拆除的施工順序，為由上至下，逐步將7層～2層的豎向力通過吊柱傳至屋面桁架。同逆做法，施工過程中的樓面荷載(活載3 kN/m2)不大于永久結(jié)構(gòu)設計的荷載(樓面建筑面層的附加恒載2.4 kN/m2、樓面活載3 kN/m2)。所以，順做法施工過程中主結(jié)構(gòu)的承載力滿足。

懸挑部分樓面梁端現(xiàn)場安裝時均會適當起拱。因此，逆做法對主結(jié)構(gòu)的變形影響主要為拆除樓面臨時斜桿和底部撐桿后懸挑區(qū)域的變形。

3.3.1 計算模型建立

同樣，采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)設計軟件YJK-A進行受力分析。

3.3.2 計算技術(shù)參數(shù)

采用永久結(jié)構(gòu)計算模型，計算28軸/V軸變形最大點2層吊柱底部在拆除2層～7層斜桿和1層撐桿前后的變形。忽略上層樓板澆筑過程中荷載增加造成2層樓面的變形影響。

計算參數(shù)和樓面荷載取值均同逆做法。

模型3：2層～7層增設臨時斜桿和底部撐桿；模型4：2層～7層臨時斜桿和底部撐桿均拆除(同模型2)。

3.3.3 計算結(jié)果

根據(jù)盈建科軟件計算結(jié)果，2層吊柱底在標準組合(1.0恒載，1.0活載)作用下，三維坐標變形為：

模型3：x向往東0.15 mm，y向往北0.38 mm，z向豎直向下9.95 mm；

模型4：x向往東0.16 mm，y向往北0.32 mm，z向豎直向下18.38 mm。

忽略水平方向的較小變形，該點豎向變形為18.38-9.95=8.43 mm。

如圖10所示，選取西側(cè)變形較小的點進行變形計算，西側(cè)節(jié)點的豎向撓度為：模型3：2.60 mm，模型4：2.78 mm，該西側(cè)點豎向變形為2.78-2.60=0.18 mm。

根據(jù)GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設計標準，表B.1.1，鋼梁撓度限值1/250；此鋼梁兩端撓度：(8.43-0.18)/8 500=1/1 030，小于1/250，滿足。

根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，表3.4.5，一類混凝土結(jié)構(gòu)裂縫限值0.3 mm；不考慮混凝土組合樓板鋼筋作用，西側(cè)節(jié)點處板頂裂縫： (8.43-0.18)/8 500×120=0.12 mm，小于0.30 mm，滿足。

綜上，順做法工況的鋼結(jié)構(gòu)變形和混凝土樓板裂縫均滿足要求。

4 逆做法與順做法方案比較與選擇

4.1 方案比較

方案比較表見表1。

表1 逆做法與順做法方案比較表

4.2 結(jié)論

如表1所示，順做法可以大大縮短工期，有助于下一道工序較早進場施工。順做法整體結(jié)構(gòu)變形相對較大，混凝土樓板開裂隱患較大，但仍在規(guī)范允許范圍。

綜合考量，選擇順做法方案進行北裙房鋼結(jié)構(gòu)下掛吊柱區(qū)域的吊裝施工。