鋼框架結構吊柱逆做和順做施工方案

張 成

(上海新鴻基威萬房地產有限公司，上海 200020)

1 工程概況

1.1 工程地理位置及建筑概況

上海市徐匯區某商業綜合體，地塊東側緊靠地鐵A號線車站，西側下方為地鐵B號線隧道，地塊內部北側有B號線隧道從下方穿越，處于某商圈的核心地帶。整個商業綜合體規劃以辦公樓、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構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，東西向長約164 m，南北向寬約106 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，上部結構類型為鋼框架結構。地鐵B號線橫貫鋼結構裙房下方，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構。鋼柱布置在地鐵隧道兩側，鋼梁一般跨度15 m，最大跨度約26 m。由于裙房結構較為復雜，工期緊，擬先后布置4 臺動臂塔吊作為裙房鋼結構施工的吊裝機械，在裙房結構施工逐步完成后逐一拆除。

1.2.1 北裙房地上鋼結構布置

北裙房鋼結構立面示意圖如圖1，圖2所示。

懸挑結構外側設置下掛柱，由設置在8層屋面以上(+45.300 m)的桁架結構提供豎向支撐。地上鋼結構在8榀桁架的兩側，分布有10根下掛鋼柱，分別下掛至L2層～L6層。如圖3所示，圓圈內的數字代表下掛吊柱編號，L后面的數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構施工中非常重要的部分。

1.2.2 北裙房受力概況

北裙房鋼結構由8層屋面以下的鋼框架結構和8層屋面以上的鋼桁架結構共同組成。下掛區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域(懸挑范圍面積最大，下掛結構布置層數最多)，且對現場施工工期影響最大(下掛至結構樓層最低，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軸處的上部結構逆做法安裝流程立面示意。

第一步：如圖4，吊裝無懸挑區域鋼結構，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中數字順序安裝構件1～12)，安裝屋面桁架下弦水平桿(構件13)，安裝屋面桁架斜腹桿(構件14)；

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

第四步：如圖7，由上至下依次安裝7層～2層吊柱(構件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(構件23～28)。

2.2 逆做法方案工期統計

2.2.1 工期A

根據北裙房施工計劃，后續施工為東立面幕墻的施工。工期A統計從鋼結構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。在北裙房鋼結構深化圖紙完成終審、構件加工均已完成的條件下，忽略壓型鋼板鋪設的施工時間，根據現場該區域的鋼結構吊裝量、場地塔吊布置、鋼結構和土建施工人員數量等客觀條件，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

考慮后續北裙房屋面女兒墻鋼桁架的進場安裝時間。工期B統計從鋼結構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，材質為Q345B。關于臨時斜桿的受力計算，斜桿和鋼柱、鋼梁連接節點的構造和計算等，本文不做贅述。

懸挑區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)不大于永久結構設計的荷載(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構的承載力滿足。懸挑部分樓面梁端現場安裝時均會適當起拱。因此，逆做法對主結構的變形影響主要為拆除樓面臨時斜桿后懸挑區域的變形。

2.3.1 計算模型建立

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

北裙房鋼結構模型東立面示意如圖9所示。

2.3.2 計算技術參數

采用永久結構計算模型，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，樓面活載根據現場實際情況，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 計算結果

根據盈建科軟件計算結果，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，選取西側變形較小的點進行變形計算，西側節點的豎向撓度為：模型1：2.75 mm，模型2：2.78 mm，該西側點豎向變形為2.78-2.75=0.03 mm。

對于多發GGN的管理策略，各指南間差異較大。NCCN肺癌篩查指南[13]將多個結節按照mGGN和pGGN分別進行管理，Fleischner協會[14]則采取結節大小臨界值為6 mm進行分類管理，而ACCP肺結節評估指南[16]建議將多個結節獨立進行評估。不同指南針對多發GGN的管理策略見表3。

根據GB 50017—2017鋼結構設計標準，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GB 50010—2010混凝土結構設計規范，表3.4.5，一類混凝土結構裂縫限值0.3 mm；不考慮混凝土組合樓板鋼筋作用，西側節點處板頂裂縫： (4.47-0.03)/8 500×120=0.063 mm，小于0.30 mm，滿足。

綜上，逆做法工況的鋼結構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軸處的上部結構順做法安裝流程立面示意。

第一步：如圖11所示，吊裝無懸挑區域鋼結構，1層～2層樓面；

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

第三步：如圖13所示，由下至上依次安裝無懸挑區域主結構、吊柱、樓面臨時斜桿、樓面鋼梁(按圖13中數字順序安裝：主結構至3層樓面、構件3～5、主結構至4層樓面、構件6～8……主結構至8層屋面、構件18～20)，安裝屋面桁架，安裝屋面桁架斜腹桿(構件21)；此步驟中，3層樓面構件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(構件22)，安裝屋面桁架上弦桿(構件23)；

3.2 順做法方案工期統計

3.2.1 工期A

工期統計同逆做法方案，從鋼結構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：無懸挑區域鋼結構約每層3周，共3周；

第二步：豎向撐桿(構件1)、2層鋼梁，約3 d；

第三步：鋼結構約每層3周，至4層樓面的安裝時間為3×2=6周；鋼結構每層3周，大于混凝土樓板施工所需1周，因此，4層樓面鋼結構吊裝完時，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：鋼結構約每層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，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，構件1)采用直徑609 mm圓鋼管，材質為Q235B。撐桿的受力計算、撐桿上下端節點的構造和計算、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，此結構體系的承載力均滿足。

屋面桁架形成后，懸挑區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)不大于永久結構設計的荷載(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構的承載力滿足。

懸挑部分樓面梁端現場安裝時均會適當起拱。因此，逆做法對主結構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域的變形。

3.3.1 計算模型建立

同樣，采用盈建科建筑結構設計軟件YJK-A進行受力分析。

3.3.2 計算技術參數

采用永久結構計算模型，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 計算結果

根據盈建科軟件計算結果，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，選取西側變形較小的點進行變形計算，西側節點的豎向撓度為：模型3：2.60 mm，模型4：2.78 mm，該西側點豎向變形為2.78-2.60=0.18 mm。

根據GB 50017—2017鋼結構設計標準，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GB 50010—2010混凝土結構設計規范，表3.4.5，一類混凝土結構裂縫限值0.3 mm；不考慮混凝土組合樓板鋼筋作用，西側節點處板頂裂縫： (8.43-0.18)/8 500×120=0.12 mm，小于0.30 mm，滿足。

綜上，順做法工況的鋼結構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。順做法整體結構變形相對較大，混凝土樓板開裂隱患較大，但仍在規范允許范圍。

綜合考量，選擇順做法方案進行北裙房鋼結構下掛吊柱區域的吊裝施工。