淺議不規(guī)則多館連體復雜鋼結構的施工工藝

上海寶冶集團有限公司 上海 200941

隨著我國鋼材產量的大幅度提升以及經濟的快速發(fā)展，鋼結構在大型公共建筑領域應用越來越廣泛，其結構形式亦日趨復雜，同時對鋼結構施工的周期、質量及經濟效益提出了較高的要求。

1 工程概況

1.1 項目概況

商丘市圖書館、展示館、方志館、市民中心（簡稱商丘三館一中心）是多館合一的文化組團綜合體建筑，是完善商丘市城市功能、提升城市品質及展示城市文化的重點項目，其效果圖如圖1所示。

圖1 商丘三館一中心效果圖

該項目建筑高度28.2m，地下2層，地上5層，由4個單體和其間連體組成，總建筑面積92320m2；結構形式為地下混凝土框架結構，地下一層為鋼骨柱，地上結構全部為鋼結構，結構為不規(guī)則多館連體復雜鋼結構，其連體桁架跨度大，造型復雜，用鋼量達15000t，結構圖如圖2所示[1]。

圖2 商丘三館一中心鋼結構三維示意圖

鋼結構分為四個框架單體及連體結構，連體結構主要由四個主樓之間的連接桁架區(qū)及中央環(huán)形桁架區(qū)組成。單體間的連體桁架跨度最大為60m。連體桁架固定于主樓上，連體桁架下掛懸挑桁架及連橋桁架，中央環(huán)桁架通過懸挑桁架連接與主樓及連體桁架上，結構受力復雜。

圖3 商丘三館一中心鋼結構布置示意圖

圖4 商丘三館一中心桁架布置示意圖

圖5 北側連體桁架示意圖

圖6 連體桁架與環(huán)桁架區(qū)剖面圖

2 施工特點及重難點

2.1 施工場地限制

圖7 場地平面布置圖

根據總平面布置和現場實際情況，本項目四周施工道路有限，整個場地布置中，東側路寬2m、南側路寬5m、西側路寬7m，北面道路寬度約為10m，北面布置有總包的加工場地，可用區(qū)域有限，只有西側施工場地外有材料堆場，東側兩館材料需要進行二次倒運。

2.2 地下室頂板情況復雜

圖8 地下室頂板布置圖

地下室頂板不平整，整個頂板標高從-2～-0.15m，共有9中不同標高，圖中填充部分為不同標高；地下室頂板約有120個洞口，并且分部分散。地下室有兩種后澆帶，伸縮后澆帶樓板鋼筋斷開，需要樓板澆筑完成以后60天澆筑；沉降后澆帶所有鋼筋斷開，需要在主樓結構完成、隔墻砌筑完畢及沉降基本穩(wěn)定后澆筑。后澆帶導致地下室形成大量臨時懸挑結構，最大懸挑長度達6.45m，而該部分懸挑區(qū)域并非按照懸挑構件配筋，給施工造成很多難度[2]。

圖9 地下室頂板后澆帶懸挑區(qū)域

2.3 施工場地降水影響

地下室沉降后澆帶需要在主樓結構完成、隔墻砌筑完畢及沉降基本穩(wěn)定后澆筑，導致地下室降水需要一直持續(xù)到主體結構全部完成以后才能撤銷降水排水管道；降水排水管高度約0.6m，將建筑主體與施工道路隔斷，嚴重影響施工。

圖10 降水排水管布置圖

2.4 桁架結構形式復雜

整個結構形式比較復雜，除主體結構之間的主連體桁架外，主連體桁架上有下過桁架、懸挑桁架等，懸挑桁架端頭設置有環(huán)桁架、結構中存在許多雙向桁架；而且每個區(qū)域的桁架跨度也不一致，以北側桁架為例，三榀主桁架跨度分別為60.4m、55.2m、54m。

3 施工方案選擇

3.1 主樓施工方案選擇

根據整個項目的情況，主樓常規(guī)的方案一般可以采用兩種：

（1）汽車吊吊裝

由于本工程鋼結構地下1層、地上5層，整個結構標高為28.2m，而且各館分散，滿足施工汽車吊吊裝的條件；而且根據工期要求可以每個館同時配備汽車吊進行吊裝，可以縮短施工工期。

（2）塔吊吊裝

整個項目場地狹小，也適用塔吊吊裝，整個施工場地內設置3～4臺塔吊，基本可以滿足項目施工要求。

因為整個地下室頂板伸縮縫太密集，可供汽車吊行走的區(qū)域太小，而且材料倒運嚴重受影響，雖然汽車吊吊裝更靈活，但是受現有場地限制，無法采用；使用塔吊吊裝時，材料倒運是其優(yōu)勢，但是整個建筑分布范圍廣，而且受桁架影響，構件都較重，就需要選擇性能更好的塔吊，而且整個施工期都收取費用，無形中增加許多成本；但是根據實際情況，只能選取塔吊吊裝。本工程選取3臺塔吊，1臺D1100-63，2臺TC8039-25[3]。

圖11 塔吊選用

3.2 桁架區(qū)施工方案選擇

桁架區(qū)施工方案的選擇是本工程方案比選的重點。鋼結構施工時，桁架部分擬采取跨外吊裝方案、整體提升方案、高空散裝方案等幾種安裝方案進行比選，同時要綜合考慮施工成本。加固地下室，使用路基箱墊高、合理規(guī)劃行車路線及構件拼裝擺放等措施解決現場場地受限的難題，加快施工進度，增加塔吊使用效率，但是同時加工范圍大，大大增加施工成本；跨外吊裝及高空散裝需要加固區(qū)域較少，但是會增加機械設備使用費用；整體提升加固區(qū)域少，提升增加施工費用。施工時主要研究幾種施工方案的比選。

根據現場條件，鋼結構桁架部分施工可采用跨外吊裝方案、高空散裝方案、部分整體提升方案、全部整體提升方案等。

（1）跨外吊裝

跨外吊裝方案是采用大噸位履帶吊將整榀桁架進行吊裝，鋼梁等構件進行高空散裝；高空散裝方案通過設置支撐胎架，在高空將構件進行散裝；五層桁架重約34-178t，可采用大噸位履帶吊，該施工方法總體操作簡單。由于地下室頂板承載力有限，不能滿足履帶吊作業(yè)；如果履帶吊站在基坑外側進行吊裝，吊裝作業(yè)半徑過大，北側桁架達到35m，南側桁架達到40m，西側桁架達到55m，作業(yè)半徑過大，導致履帶吊其中性能一般；而且受場地限制，南側桁架和東側桁架無法用履帶吊吊裝。

（2）高空散裝

高空散裝是將所有構件利用塔吊在高空進行安裝，其施工布置示意圖如下圖所示。該方法施工簡單，但由于全部為高空作業(yè)，其作業(yè)危險性較大，焊接質量較難保證，施工周期過長，且使用臨時措施較多。

（3）整體提升

整體提升方案采用塔吊將連體部所有構件拼裝后，利用同步提升技術進行整體提升。該施工方法施工效率較高，對場地空間要求小。由于拼裝高度過高，提升高度較小，經濟性較差，且地下室需要進行加固[4]。

（4）部分提升

部分整體提升方案是利用塔吊將連體五層部分所有構件進行整體提升，下部構件利用汽車吊進行散裝作業(yè)。該方案施工效率高，焊接質量容易控制，且地面拼裝對空間要求小。

綜上所述，施工方案對比見下表。綜合對比可知，部分整體提升方案綜合較好，故本工程采用該方案施工。由于東側桁架區(qū)域下方為地下車庫入口，影響拼裝場地，而且東側桁架跨度小，最后決定東側桁架采用高空散裝方案，剩下三個區(qū)域桁架采用部分提升方案[5]。

圖12 高空散裝布置示意圖

圖13 整體提升施工布置示意圖

圖14 部分整體提升施工布置示意圖

表1 施工方案對比

4 結束語

本工程通過對現場實際情況、鋼結構結構形式、塔吊性能等關鍵技術分析，在保證施工安全，技術可靠的基礎上，綜合經濟效益以及工期進度要求，比選出一種科學合理的吊裝方案，對不規(guī)則多館連體復雜鋼結構的施工提供了一定的借鑒意義。