上海中心大廈鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)與外幕墻鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的合理配合和節(jié)點(diǎn)創(chuàng)新

上海機(jī)施建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海中心大廈采用由倒圓角的三段圓弧旋轉(zhuǎn)收縮上升形成的平滑扭曲面作為外輪廓，外幕墻采用柔性吊掛系統(tǒng)。典型區(qū)幕墻采用單層曲梁吊掛系統(tǒng)。在水平向，環(huán)梁通過徑向支撐與塔樓主體結(jié)構(gòu)相連，塔樓通過3 個(gè)側(cè)向約束有效地約束支撐結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)；在豎向，由25 對吊桿在徑向支撐與環(huán)梁連接處及V 槽口將環(huán)梁吊掛于各區(qū)的機(jī)電層（圖1）[1]。以往的工程中未遇到過相類似的幕墻系統(tǒng)。因此在設(shè)計(jì)及深化過程中所遇到的問題也沒有以往的經(jīng)驗(yàn)可以參考，需要以新的思路和方法解決。

圖1 幕墻支撐結(jié)構(gòu)剖面

2 與外幕墻的配合

上海中心外幕墻采用柔性吊掛系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場外幕墻安裝流程：各區(qū)采用懸吊式施工平臺從上而下逐層安裝外幕墻。外幕墻板塊則是待外幕墻支撐整區(qū)完成以后，從下而上逐層安裝。當(dāng)外幕墻板塊安裝時(shí)懸吊式施工平臺已經(jīng)拆除。如果待安裝外幕墻板塊安裝時(shí)再現(xiàn)場焊接一次轉(zhuǎn)接件存在諸多問題：現(xiàn)場定位測量困難，無焊接操作空間及焊接造成的幕墻圈梁的變形對幕墻板塊安裝存在影響。綜上所述，幕墻板塊一次轉(zhuǎn)接件現(xiàn)場焊接在幕墻支撐上是不可行的。

通過BIM合模，幕墻板塊的大小定位及其轉(zhuǎn)接件的位置已經(jīng)在現(xiàn)場安裝之前確定，且對于幕墻支撐的安裝精度要求在+0 mm與－30 mm之間，只有在此范圍內(nèi)才能保證幕墻板塊通過一次轉(zhuǎn)接件及安裝在板塊上的二次轉(zhuǎn)接件調(diào)整板塊位置精確定位。在構(gòu)件出廠前把一次轉(zhuǎn)接件與散熱翅片焊接在構(gòu)件上。

這樣既能保證現(xiàn)場安裝可操作性，又能保證幕墻板塊安裝的精度要求和滿足現(xiàn)場安裝進(jìn)度。

3 與滑移支座間的配合[1-5]

3.1 滑移支座與主體鋼結(jié)構(gòu)的配合

上海中心各區(qū)因主體結(jié)構(gòu)變形引起，外幕墻每區(qū)單元板整體的張開、閉合變形，將通過休閑層支撐結(jié)構(gòu)底部環(huán)梁的滑移支座，上下移動(dòng)來消化。外幕墻休閑層都設(shè)置有垂直滑移支座（圖2）與水平滑移支座（圖3）。垂直滑移支座的位置需隨著外幕墻定位，因此垂直滑移支座落在主結(jié)構(gòu)上的位置每個(gè)區(qū)都不同。在設(shè)計(jì)過程中為保證滑移支座現(xiàn)場安裝的垂直度，在每個(gè)滑移支座處都要增加支座平臺，且每個(gè)支座平臺與主結(jié)構(gòu)的連接方式都有區(qū)別。需每個(gè)支座平臺跟設(shè)計(jì)院協(xié)調(diào)并確認(rèn)后在加工廠內(nèi)進(jìn)行拼接。

圖2 垂直滑移支座

圖3 水平滑移支座

（a）滑移支座底座在樓面梁位置時(shí)， 在滑移支座底座位置后面一跨增設(shè)鋼梁，與樓面梁連接均采用剛接形式。為滿足支座制作高度的要求，在新增支承鋼梁上還需增加T形連接板。

（b）滑移支座底座在桁架位置附近時(shí)，滑移支座底座直接焊接在桁架上，采用全焊連接且桁架上需設(shè)置加勁板。如果滑移支座位置有焊縫，為滿足滑移支座的進(jìn)度要求焊縫需磨平。

（c）滑移支座平臺需與幕墻板塊校核，如遇到部分底座與幕墻碰撞時(shí)，底座需切角以避讓幕墻（圖4）。

圖4 滑移支座底座部分切角

3.2 滑移支座與外幕墻支撐的配合

滑移支座與幕墻支撐連接，為保證現(xiàn)場安裝滑移支座的定位準(zhǔn)確且滿足幕墻支撐的精度要求，在滑移支座出廠前需焊接2 段幕墻圈梁，既能保證幕墻圈梁的標(biāo)高及水平，又方便現(xiàn)場安裝及定位。

4 與主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位的配合

4.1 幕墻支撐標(biāo)準(zhǔn)層與主體鋼結(jié)構(gòu)的配合

上海中心外幕墻采用由倒圓角的3 段圓弧旋轉(zhuǎn)收縮上升形成的平滑扭曲面作為外輪廓，造成外幕墻支撐與主體鋼結(jié)構(gòu)之間的連接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，并且徑向支撐與主結(jié)構(gòu)連接位置每層都不一樣，每一個(gè)連接點(diǎn)需要逐個(gè)確定其連接方式，所以原施工圖所提供節(jié)點(diǎn)不能滿足現(xiàn)場實(shí)際的情況，且原節(jié)點(diǎn)形式存在現(xiàn)場定位困難、安裝復(fù)雜、不能滿足現(xiàn)場安裝流程的需要的問題。在與設(shè)計(jì)院討論協(xié)商后采用如下節(jié)點(diǎn)形式：

4.1.1 幕墻支撐與樓面梁的連接

原節(jié)點(diǎn)要求在幕墻徑向撐位置需增加一道平躺H型鋼且與徑向撐采用螺栓對接的形式。因上海中心主體外幕墻安裝為自上而下。在主體結(jié)構(gòu)未完成桁架層的安裝前幕墻支撐系統(tǒng)是無法安裝的。如果采用螺栓形式的連接節(jié)點(diǎn)則需在幕墻支撐安裝時(shí)方可一起安裝定位，且螺栓數(shù)量也無法滿足構(gòu)造需要。因此如果這樣處理，對于設(shè)計(jì)、現(xiàn)場安裝及現(xiàn)場可操作性都存在很大問題

經(jīng)過與設(shè)計(jì)協(xié)商優(yōu)化后采用如下節(jié)點(diǎn)形式：幕墻支撐與樓面梁的連接采用在樓面梁后增加T形平坦梁的形式，在出廠前焊接在樓面鋼梁上，并在幕墻支撐與樓面梁相交位置設(shè)置加勁板（圖5），形成組合件進(jìn)行現(xiàn)場的安裝。外側(cè)徑向撐節(jié)點(diǎn)則采用銷軸連接形式，銷軸底座與樓面鋼梁進(jìn)行現(xiàn)場定位及焊接。這樣的處理既可滿足結(jié)構(gòu)的受力需要，同時(shí)也保證了現(xiàn)場安裝及精度的要求。

圖5 幕墻徑向撐位置樓面梁加勁

4.1.2 幕墻支撐與巨柱的連接

當(dāng)幕墻支撐與巨柱連接時(shí)，一般采用在巨柱位置增加T形板的連接。為保證與混凝土的緊密性，在T形板上增加栓釘，且板上開箍筋孔；如果遇到幕墻支撐在巨柱角部的位置時(shí)，則在巨柱上增加2 道加勁板，且加勁板與原樓面梁牛腿組合成箱型并在加勁板內(nèi)側(cè)打栓釘。這樣既能滿足保證巨柱縱筋的連續(xù)，又能滿足加勁板位置的箍筋封閉性。

4.1.3 幕墻支撐與重力柱的連接

幕墻支撐與重力柱連接時(shí)，因重力柱為H型鋼截面較小，徑向撐節(jié)點(diǎn)存在部分超出重力柱范圍，無法與重力柱連接的情況。最終與設(shè)計(jì)確認(rèn)采用重力柱局部增加板厚且重力柱外側(cè)貼板的措施保證徑向撐位置的現(xiàn)場可焊接性。

4.1.4 幕墻支撐短于2 m時(shí)與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接

經(jīng)過計(jì)算，當(dāng)幕墻支撐長度小于2 m時(shí)，原連接形式會對主結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大反力，主結(jié)構(gòu)無法提供可靠的支撐作用，同時(shí)會限制幕墻的自由變形且對環(huán)梁的豎向作用強(qiáng)。因此與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接需安裝豎向滑移支座來釋放由于幕墻變形所產(chǎn)生的垂直及彎矩荷載，確保主結(jié)構(gòu)只承擔(dān)幕墻變形所引起的水平荷載。主體鋼結(jié)構(gòu)上的加勁措施原則上按照上面所提3 點(diǎn)處理。

4.2 幕墻支撐吊掛層與主體鋼結(jié)構(gòu)的配合

幕墻支撐吊掛層為各區(qū)設(shè)備層下層所在的樓面。因施工圖原節(jié)點(diǎn)形式采用螺栓連接，在實(shí)際放樣后發(fā)現(xiàn)原節(jié)點(diǎn)圖上所要求的螺栓數(shù)量無法排布，不能滿足螺栓最小間距等構(gòu)造要求。

在與設(shè)計(jì)院協(xié)調(diào)后采用了如下的剛接節(jié)點(diǎn)（圖6）：在節(jié)點(diǎn)中每個(gè)吊掛位置需2 根拉索共同承擔(dān)應(yīng)力，設(shè)計(jì)過程中采用拉索耳板穿過頂層的幕墻圈梁且與圈梁全熔透焊接，通過圈梁把2 塊拉索耳板連接起來。吊掛梁也抬高至與樓面梁平齊且剛接，使整個(gè)吊掛節(jié)點(diǎn)的剛度達(dá)到要求。因外幕墻旋轉(zhuǎn)收縮上升，其各層拉索也順外幕墻旋轉(zhuǎn)收縮，在各區(qū)吊掛層位置吊掛及內(nèi)端鋼梁均采用順拉索方向的平行四邊形的異形拼制鋼梁。

因各區(qū)吊掛點(diǎn)隨幕墻旋轉(zhuǎn)而確定，因此與各區(qū)桁架層底層樓面梁的連接位置各不相同，經(jīng)過實(shí)際放樣后歸納出如下幾種節(jié)點(diǎn)形式：

4.2.1 吊掛點(diǎn)在環(huán)向樓面梁位置時(shí)的連接形式

吊掛梁與主體鋼結(jié)構(gòu)連接采用全焊形式。在吊掛梁內(nèi)側(cè)增設(shè)1 道鋼梁，與吊掛梁端剛接，鋼梁內(nèi)端與主體鋼結(jié)構(gòu)鉸接。

4.2.2 吊掛點(diǎn)在徑向樓面梁位置時(shí)的連接形式

吊掛鋼梁與樓面徑向梁整合在一起，使樓面梁拼接成有橫向3 道翼緣和縱向3 道腹板的組合件。

圖6 吊掛節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)形式

5 與機(jī)電和內(nèi)幕墻的配合[6,7]

5.1 幕墻支撐與機(jī)電之間的配合

在各區(qū)幕墻支撐第3層位置都設(shè)置有燈架，燈架中包括有噴淋管道、照明、音響及攝像頭等機(jī)電設(shè)備以及燈架鋁板幕墻。主要工作是與機(jī)電設(shè)備之間的協(xié)調(diào)。

5.1.1 與燈架鋁板幕墻的配合

在建模階段，為保證燈架鋁板幕墻的外觀要求。燈架的綴板布置按照燈架鋁板幕墻的分割來處理，使綴板位置都保證在鋁板分割線處。且在綴板上開孔以配合幕墻鋁板龍骨的安裝。

5.1.2 與噴淋管道的配合

在燈架的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)機(jī)電所提供的噴淋管道布置，在燈架結(jié)構(gòu)上開孔洞，且開孔位置及孔徑需機(jī)電核實(shí)確認(rèn)。

5.1.3 與照明和音響等設(shè)備的配合

在設(shè)計(jì)過程中主要確認(rèn)照明與音響設(shè)備是否會和燈架結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，如果發(fā)現(xiàn)碰撞時(shí)通知機(jī)電進(jìn)行避讓，且根據(jù)照明和音響走線對燈架結(jié)構(gòu)進(jìn)行開孔。

5.2 幕墻支撐與內(nèi)幕墻之間的配合

在各區(qū)幕墻支撐與主結(jié)構(gòu)連接的節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)避讓內(nèi)幕墻玻璃所在位置，且把節(jié)點(diǎn)模型提交給內(nèi)幕墻公司，使內(nèi)幕墻在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)保證幕墻支撐位置的留洞。

6 結(jié)語

綜上所述，上海中心外幕墻結(jié)構(gòu)類型特殊，與各專業(yè)間的配合比較多，原施工圖所提供節(jié)點(diǎn)形式不能滿足現(xiàn)場實(shí)際安裝的需要。在與設(shè)計(jì)協(xié)商后采用上述節(jié)點(diǎn)類型，為上海中心外幕墻構(gòu)件的加工提供便利，滿足現(xiàn)場施工進(jìn)度和安裝精度的要求。且為以后工程中遇到相類似的節(jié)點(diǎn)形式和與各專業(yè)間的配合提供經(jīng)驗(yàn)及解決思路。