水晶狀鋼結構與幕墻組合造型的設計與施工

中建三局股份有限公司（滬） 上海 200129

1 工程概況

蕪湖金融服務區位于蕪湖市鳩江區，占地面積11 萬m2，總建筑面積47 萬m2，工程地下2 層，地下建筑面積為16 萬m2，地上共10 個單體，項目環境設計1 條長達1 000 m水系貫穿項目。項目中心位置設計為水晶狀鋼結構與幕墻組合造型，項目寓意為“水晶之城”。

“水晶狀”建筑建筑面積為3 900 m2，建筑層數為2層，采用核心為鋼筋混凝土結構，外圍采用鋼結構作為骨架，幕墻作為裝飾面層（圖1）。鋼結構位于水晶棱角位置，深化、加工難度大，節點多、復雜，精度要求高，單構件質量達到10 t，無一構件可以單獨承受自身荷載。作為幕墻龍骨用的鋼片規格為35 mm×420 mm×18 000 mm，剛度差，吊裝難度大。外幕墻為點抓式幕墻，駁接爪焊接在固定于鋼結構的鋼片上，玻璃均為異型高透鋼化夾膠中空玻璃，幕墻龍骨為420 mm×350 mm鋼片，下料及制作均存在較大難度（圖2）。

2 鋼結構設計

2.1 鋼結構底部斜鋼柱與基礎連接

鋼結構基礎與混凝土連接位置承受巨大剪力，底部按照圖3做法設置抗剪件，預埋后二次灌注C50早強無收縮自流淌混凝土。

圖1 水晶狀建筑鋼結構與幕墻龍骨立面布置

圖2 環梁處鋼結構與幕墻連接剖面

圖3 斜鋼柱與基礎連接

2.2 鋼結構與環梁連接

鋼結構梁與柱交接處均為空間斜向交匯，受力復雜，若采用鑄鋼節點將需重新開模，深化時根據梁、柱受力分析情況，于受力較小的位置進行分解，節點單獨制作（圖4）。

圖4 鋼結構與環梁連接

圖5 頂部匯交節點

2.3 頂部匯交節點

頂部匯交位置為水晶狀8 根棱角交匯位置，受力復雜，若采用鑄鋼節點將需重新開模，深化時經過反復受力分析，采用圖5節點做法進行處理。

3 幕墻設計

（a）上下幕墻龍骨所在的平面（即龍骨的兩側面所在的平面）均為鉛垂面，龍骨中軸線與玻璃的徑向劃分線在水平面上投影重合。幕墻龍骨上下表面（即橫截面短邊所在面）均與對應的外包玻璃面平行，上下表面間距為420 mm，龍骨上（外）表面及腋角與環梁的交線應與環梁棱線重合。

（b）幕墻上下龍骨與環梁相交節點處在龍骨的內側設加腋，上下龍骨的腋角內邊線均與環梁內側棱線相交、并呈鉛垂線。幕墻龍骨與環梁相交處的節點樣式（圖6）。

（c）幕墻龍骨橫向穩定索布置應按圖7原則。依據玻璃分割線、在點爪支點位置，隔一拉一（包括上下鉸支座處），每處分別設置上下2 道拉索。每根拉索與龍骨相交處在龍骨側面開Φ20 mm的圓形孔，孔中心距龍骨上（下）邊50 mm，孔中心線應順著拉索方向。由于拉索與環梁平行（即均為水平線），而龍骨（除每個玻璃面正中對稱軸處外）與拉索均存在夾角（并非正交），因此在不同的龍骨上，拉索穿孔的中心線方向與龍骨的夾角也不同（同一龍骨上的各孔夾角相同）。

（d）幕墻龍骨橫向穩定索（采用不銹鋼拉索）在每個幕墻側面上連續穿越龍骨，索兩端通過配套索具固定在主鋼構斜柱上，幕墻玻璃安裝前應將拉索張緊（張緊力保證拉索繃直即可，不宜過大），同時拉索與龍骨交點處在龍骨兩側應采用專用配套圓形夾片加緊，夾片提供的鎖固力應不小于拉索的設計強度（圖7）。

圖6 相交節點

圖7 橫向穩定索布置

4 鋼結構安裝[1-6]

地下室頂板結構施工時，首先進行斜柱螺栓預埋，然后進行底座、抗剪件預埋，要求精度控制在10 mm以內。大環梁底部幕墻龍骨與地下室頂板采用銷軸連接，亦先進行預埋件施工。

上述鋼結構為異形鋼結構，單個構件無法承受自身重量，所有構件通過焊接連成整體后方能承受自重。混凝土結構完成后，實際吊裝過程中采用逆作法，即首先進行鉆石頂面匯交節點的定位、吊裝，逐步完成頂面小環梁與匯交節點的焊接工作，然后由上往下完成斜梁、大環梁及斜柱吊裝工作。斜柱與底座焊接完成后需采取一定支撐或拉結措施，確保斜柱穩定。

5 幕墻安裝

鋼結構吊裝完成，采用汽車吊首先進行大環梁底部幕墻龍骨吊裝，龍骨底部預埋件進行鉸接，頂面與大環梁焊接，然后進行大環梁與小環梁間幕墻龍骨吊裝，小環梁與頂部匯交節點間幕墻龍骨可隨時進行吊裝。由于幕墻龍骨為鋼片，部分長度達18 m，側向剛度低，吊裝過程中應注意鋼片彎曲變形。

6 設計及施工注意事項

6.1 鋼結構基座抗水平向剪力

底部鋼結構柱為斜柱，埋件將承受來自斜柱水平向剪力作用，設計中應考慮增設抗剪件；為了加強抗剪件與混凝土結構的有效粘結，現場螺栓、埋件與混凝土結構一次成型，此做法應加強埋件定位、放線。

6.2 大環梁起拱為設計、施工難點

實施過程中，設計考慮鋼結構質量、鋼片質量及幕墻玻璃荷載進行了計算，要求起拱80 mm。施工時，嚴格控制吊裝順序進行對稱吊裝，鋼結構吊裝完成后起拱值回落50 mm，其中西北面最后吊裝的1 根環梁起拱值回落僅30 mm，施工時通過預加載沙袋將起拱值回落到50 mm。玻璃安裝完成后通過觀測，發現環梁已基本呈水平狀。

6.3 防止鋼片彎曲變形

由于鋼片達18 m，鋼片厚為36 mm，單根鋼片質量達到2 t，初始吊裝時，僅考慮采用鋼絲繩拴住鋼片中間兩點進行吊裝。由于鋼片兩頭懸挑太大，鋼片就位后變形過大，無法確保兩端定位，后采用方鋼作為扁擔，使得吊點距離端部僅3 m，解決了上述難題。

7 結語

通過對該工程的設計方案及施工方法的反復核算，解決了異型鋼結構受力問題，解決了鋼結構吊裝可能帶來的變形問題，解決了異型鋼結構與幕墻結構的結合問題，達到了建筑設計的“晶瑩透亮”效果，為未來建設發展積累了一定經驗。