城市森林空中步道結構形式分析及安裝工藝探討

黃厚軍

廣州機施建設集團有限公司 廣東 廣州 510725

早期的森林步道一般設置于城市中間或市郊的山體中，步道終點多設有廟宇、古跡文物等景觀點。步道簡陋，步行條件差，人流量稀少。隨著城市規(guī)模的擴大，城市人口的快速膨脹，原有城市中間的山體顯得小了，原有市郊的山體變成了城市的一部分。這些山體很快成為市民健身鍛煉、休閑觀光的好去處，因此也就有了森林公園[1-2]。早期政府限于財力，通常對既有的森林步道進行改造，形成了帶有城市味道的城市森林步道。隨著政府財力的增強，城市森林步道迎來了建設的高潮。

目前，國內外采用鋼結構建造的城市森林步道案例仍較少，較為知名的案例有：新加坡森林步道；福州左海公園—金牛山城市森林步道第1標段工程，簡稱“福道”，是我國首例完成建設的城市森林步道，項目位于福建省福州市，于2017年12月15日竣工。

1 工程概況

本文以白云山麓湖越秀山連通工程（一期）勘察設計施工總承包為依托。白云山麓湖越秀山連通工程，簡稱云道項目，南起中山紀念堂北門，經(jīng)越秀山、雕塑公園、麓湖高爾夫練習場，東至麓湖西岸，總長度約為5.4 km，其中地面園道長約2.0 km，空中步道長約3.4 km。通過空中步道和地面園道的連通，實現(xiàn)了從中山紀念堂直達白云山的目的。

空中步道橋體主體結構采用鋼結構，基礎結構采用鋼筋混凝土結構，最大跨徑16 m，橋面板和地面最大高差20 m，步道寬3～5 m，全路徑均為剝蝕殘丘和丘間溝谷，地勢變化大，其中飛鵝嶺、麓湖公園地形陡峭，飛鵝嶺自然坡度達20°以上，路徑沿線高差可達30 m。

2 研究方法

本文通過采用調查研究、生產實踐和項目示范相結合的研究方法，使三者相互補充、相互校核。在調查已有工藝的基礎上，通過對大型鋼結構在結構形式受力分析、安裝及節(jié)點處理等方面的工藝進行研究，并將研究成果應用于云道項目當中，最后進行總結。

3 空中步道結構形式選擇及受力分析

3.1 空中步道結構形式選擇

云道的標準跨采用Y形柱鋼框架梁結構體系，一是為了迎合廣州市民生工程項目的特色與美感要求，以廣州城市標志——“五羊”作為主要設計理念；二是減少下部支撐結構對原地面的破壞，相較于傳統(tǒng)的直接坐落于地面的道路，采用Y形柱鋼框架梁結構體系，其占地面積縮減至不到原來的1/16，大幅度減少了對原森林和植被的破壞（圖1、圖2）。

圖1 Y形柱

圖2 空間Y形柱

Y形柱采用圓管截面，主受力框架梁采用焊接H型鋼，梁柱采用剛接，次梁采用焊接H型鋼。標準段每跨16 m，鋼梁-鋼柱采用螺栓焊接。Y形柱主截面規(guī)格分為φ450 mm×20 mm、φ500 mm×20 mm、φ550 mm×20 mm、φ600 mm×20 mm和φ800 mm×16 mm幾種，斜撐規(guī)格分為φ299 mm×16 mm、φ350 mm×20 mm、φ219 mm×16 mm及φ400 mm×20 mm幾種。柱長根據(jù)實際場地標高確定。上部橋段采用模塊化設計，分為3 m寬標準直段、曲線段、梁柱連接段、休息平臺段、云心亭。

3.2 不同工況下的結構受力分析

針對云道全線段，采用軟件SAP2000進行彈性計算（模態(tài)、重力、風、小震），反應譜、舒適度分析，整體穩(wěn)定等計算，以及彈性計算復核。其中基本組合有30種工況，標準組合有17種工況，共計47種工況。通過研究發(fā)現(xiàn)，采用此類結構具有現(xiàn)場焊接工作量較小、施工速度快、傳力清晰、受力可靠等優(yōu)點。

4 大型鋼結構吊裝

4.1 起重設備選型與施工平臺搭設

1）起重設備選型：為了減少大型起重設備進出場以及施工作業(yè)時作業(yè)面布置對周邊森林植被的破壞，根據(jù)云道單個節(jié)段最大質量為9 t的實際情況，選用30 t和50 t汽車吊作為空中云道的起重設備，單臺汽車吊負重約8 t，最大作業(yè)半徑為12 m。

2）施工便道及平臺搭設：對于條件良好的施工道路，利用現(xiàn)場原有道路直接吊裝，而對于吊裝區(qū)域位于森林公園內且周圍樹木植被眾多的位置，則可沿云道線形修建架空施工便道和平臺，以此作為運輸便道和吊裝場地，減少對周圍森林植被的破壞。在云道附近修建的架空施工便道凈寬5.3 m，供運送材料車輛和吊車通行。根據(jù)現(xiàn)場條件，架空施工便道的基礎主要采用天然基礎和鋼結構支墩，部分可利用云道的支墩，上部結構采用貝雷片架和工字鋼形成橋面系（圖3）。

圖3 施工便道剖面示意

4.2 鋼結構分段吊裝

1）鋼柱吊裝：本工程采用吊車直接吊裝、安裝拔桿吊裝、在已安裝的結構上架設吊裝設備吊裝、在已安裝的結構上拼裝構件實行滑移安裝、搭設平臺高空散拼等多種方式。具體實施時，不同區(qū)域位置可根據(jù)實際情況采用將1種或2種或多種相結合的方式進行構件拼裝、吊裝、安裝。

2）鋼梁吊裝：橋段鋼架節(jié)段共分6組模塊，單個節(jié)段最大質量9 t，其中L1、L2、L3模塊為端頭模塊，雙墩R1、R2、S1模塊為跨間模塊（R1為直線段，R2為曲線段，S1為設遮陰棚及座椅構造的休閑模塊）。Y形柱采用圓管截面，主受力框架梁采用焊接H型鋼，梁柱采用剛接，次梁采用焊接H型鋼。為便于搬運安裝，跨間模塊分3段，段與段間的主梁腹板采用高強螺栓固結，翼緣采用焊接。

3）吊裝垂直度監(jiān)測控制：根據(jù)主體結構的吊裝尺寸，畫出柱腳預埋件或上一個完成安裝鋼柱的十字線，將預先制作好的預埋件與承臺進行精準可靠固定，定對十字線。

主體結構的吊裝定位全部采用全站儀進行精確定位，通過平面控制網(wǎng)和高層控制網(wǎng)進行坐標的轉換，在吊裝過程中對主梁兩端進行測量定位，發(fā)現(xiàn)誤差及時修正。

5 連接節(jié)點方式

5.1 柱腳固接形式

利用鋼板帶作為定位環(huán)，對鋼管柱柱腳錨栓的位置進行定位，保證位置精確，而后采用鋼管支架固定鋼板帶的方式進行鋼管柱柱腳錨栓的空間定位，使之形成一個獨立穩(wěn)定的結構，待柱腳下部混凝土澆筑完成后，通過錨栓中的單螺母調節(jié)并控制柱腳的標高，保證鋼管混凝土柱柱腳的安裝精準度。

5.2 鋼梁節(jié)點連接方式

梁與柱剛性連接時，柱在梁翼緣上下各600 mm的節(jié)點范圍內，焊接工字形柱的翼緣與腹板。箱形柱壁板件間的連接焊縫，應采用坡口全熔透焊縫。H型鋼梁上下翼緣和腹板的拼接焊縫應錯開，并避免與加勁板重合。

5.3 伸縮縫安裝

本工程沿著縱向每150～250 m位置設置一道結構伸縮縫，結構伸縮縫采用的是聚氨酯彈性體伸縮縫，具有施工通用性好、整體結構合理、受安裝精度影響小、質量容易得到控制和便于施工的優(yōu)點。為使橋面與路面的連接能夠舒適平整，先進行橋面與路面的鋪設，后根據(jù)橋面與路面的標高進行伸縮縫的安裝。

6 效果檢驗

通過采用上述方法和工藝后，云道項目在缺乏相關工程經(jīng)驗和地形險峻復雜的施工條件下，大大提高了施工精度和安裝效率，使項目在90日歷天內按期完成，并實現(xiàn)了不動遷、不改變、不破壞森林植被原貌的目標，且不影響附近的居民住宅樓、學校等建筑。

7 結語

綜上所述，通過對城市森林空中步道結構形式進行受力分析、生產安裝工藝和連接節(jié)點的研究，并提出了相關施工工藝和措施，提高了生產施工精度和效率，從而保證了施工質量，縮短了工期，減少了對周邊森林植被的破壞。在目前國家大力推崇綠色施工、質量優(yōu)先的大背景下，不斷優(yōu)化裝配式鋼結構的結構形式以及提高生產安裝的精度和效率，是我們需要持續(xù)研究的方向。

[1] 秦小萍,魏民.中國綠道與美國Greenway的比較研究[J].中國園林,2013,29(4):119-124.

[2] 趙海春,王靛,強維,等.國內外綠道研究進展評述及展望[J].規(guī)劃師,2016,32(3):135-141.