高層建筑巨型斜桁架結構施工技術

何 偉，羅 霞，吳挺前，周觀根

(浙江東南網架股份有限公司，浙江 杭州 311209)

1 工程概況

余政儲出(2016)14號地塊位于杭州市余杭區未來科技城，在功能規劃上分為1，2號樓，在結構上屬于整體受力。1，2號樓結構以平面形心為中點，整體呈反對稱布置。底層平面為矩形，外輪廓尺寸為 97.5m×53.6m，從2層起自兩端對角開始從下往上逐層內收，并在頂部合龍，形成外立面由6個面組成的特殊建筑形體。1，2號樓地上總建筑面積約 45 869.21m2， 層高為4.78m，地下2層，地上23層，屋頂最高標高為106.460m(見圖1)。

圖1 1，2號樓效果

1，2號樓為4個鋼骨混凝土核心筒、2道混凝土墻、東西向布置的12榀整體傾斜巨型斜桁架共同組成的鋼框架-剪力墻結構體系(見圖2，3)。其中1～2號核心筒通到結構頂，3～4號核心筒到10層為止，核心筒角部與剪力墻兩端均設置勁性鋼柱。12榀巨型斜桁架與地面呈64.89°，斜桁架外側逐層設置懸挑小平臺，內側逐層設置懸挑走廊與吊柱，吊柱與走廊為短向中部相連。在10～11層的～○K 軸區域設有連接1，2號樓的中庭鋼平臺，鋼平臺跨度24m，采用3根吊柱吊掛于斜桁架。2～11層的南北兩端逐層設有鋼連廊，鋼連廊為平面桁架，桁架寬2m，最大跨度為27.6m，采用吊柱吊掛于斜桁架內側(見圖4)。

圖2 1，2號樓核心筒

圖3 1，2號樓巨型斜桁架

圖4 1，2號樓鋼平臺與鋼連廊

2 工程施工重難點

本工程1，2號樓結構形體特殊、受力復雜，存在大量整體傾斜結構，即巨型斜桁架，需在主結構基本結頂后才能形成完整的受力體系。且自下而上各層剛度逐漸減小，各層間水平位移不同，構件拼裝次序及臨時支撐設計、布置等對結構最終狀態的內力與變形存在一定影響，所以施工時應重點考慮以下內容。

1)豎直段結構先施工，巨型斜桁架結構邊施工邊支撐，需合理組織安排。

2)主結構未完成整體拼裝前，還未形成完整的受力體系，結構剛度小，中庭鋼平臺與南北連廊需在主結構合龍后進行安裝。

3)構件分階段安裝方案包括構件分段、吊裝、就位與臨時固定、永久固定等。

4)臨時支撐包括巨型斜桁架平面內外的臨時支撐平立面布置、臨時支撐結構驗算、臨時支撐拆除等，保證自身與施工安全與穩定。

5)承受施工荷載的地下室頂板驗算及加固方案。

6)施工全過程位移監測。由于測量點與校正點多，整體精度、標高及垂直度控制難度大，應重視焊接完成和混凝土澆筑完成后的跟蹤測量與位移監測。

7)各層間水平位移不同，變形不同，需考慮構件尺寸預留變形量。

3 施工關鍵技術

3.1 1，2號樓鋼結構總體施工思路

1，2號樓施工現場共布置2臺塔式起重機，核心筒勁性結構、核心筒外圍鋼框架和巨型斜桁架結構均采用塔式起重機吊裝。10～11層鋼平臺在地面拼裝為整體，然后采用超大型構件液壓提升技術一次提升到位。南、北兩側鋼連廊采用汽車式起重機吊裝+液壓提升的方法完成安裝。

施工過程中按照結構安裝高度和斜桁架水平向懸臂長度布置臨時支撐，臨時支撐隨斜桁架的安裝逐步搭設，待巨型斜桁架結構合龍后方可拆除。

先施工核心筒和豎直段結構，同步施工豎直段樓層樓板；核心筒和豎直段施工到7層時，開始安裝斜桁架，斜桁架安裝樓層數≤4層，內側弦桿水平向懸臂長度≤10m，斜桁架所在樓層的樓板混凝土延后澆筑，但允許鋼筋桁架樓承板鋪裝；同步搭設臨時支撐時，臨時支撐頂部設置頂梁與千斤頂支撐斜桁架，每道支撐間設置連系支撐梁，并拉結對面主體結構，確保結構穩定、安全(見圖5)。

圖5 1，2號樓主施工方法

按上述方法施工上部核心筒、豎直段和巨型斜桁架結構，豎直段樓板同步實施，隨斜桁架施工逐步搭設臨時支撐。1，2號樓頂部合龍時，與核心筒相連的水平鋼梁兩端進行先鉸后固，此階段僅連接腹板高強螺栓，翼緣焊接延后，合龍段桁架斜腹桿預留后補段(見圖6a)。合龍后拆除臨時支撐，開始位移跟蹤監測，位移監測延續至主體結構內隔墻砌筑及樓面找平層施工均完成后才可停止。安裝內走廊構件并鋪設樓承板，澆筑鋼筋桁架樓承板混凝土后砌筑隔墻。待隔墻砌筑完成，且樓板混凝土達到設計強度的80%，與核心筒相連水平鋼梁兩端進行固接焊接，合龍段桁架斜腹桿后補段進行焊接施工(見圖6b)。最后施工鋼樓梯、鋼連廊、中庭鋼平臺及頂部構架層。

3.2 1，2號樓臨時支撐布置與施工技術

臨時支撐隨斜桁架的安裝逐步搭設，頂部設置頂梁與千斤頂支撐斜桁架，每道臨時支撐間設置連系支撐梁，并拉結對面的主體結構，通過反復仿真驗算分析，確保結構穩定、安全(見圖7～9)。臨時支撐采用四肢格構式，截面尺寸為2.0m×2.0m，待巨型斜桁架結構合龍后方可拆除。弦桿采用φ245×16鋼管，腹桿采用φ114×4鋼管，材質均為Q345B。

圖8 臨時支撐平面布置

圖9 軸臨時支撐立面布置

臨時支撐全部設置在地下室混凝土頂板樓面上，支撐柱底部設置轉換鋼梁，轉換鋼梁兩端通過短立柱與埋設于混凝土柱頂或混凝土梁上的預埋件焊接，以減少施工荷載對土建結構的影響(見圖10)。通過驗算，有2處地下室頂板框架梁(400mm×800mm)需加固，應進行四肢格構式支撐柱點對點回頂處理。

圖10 臨時支撐底部立面

臨時支撐在工廠分段加工后運至現場，通過塔式起重機進行分段吊裝、高空對接組裝。主體結構合龍后全面檢查鋼結構位移、焊接等，經設計、總包、監理等相關單位驗收通過后，進行柱頂千斤頂整體一次性卸載。

3.3 1，2號樓巨型斜桁架安裝技術

1，2號樓的12榀巨型斜桁架與地面夾角為64.89°，斜桁架的上、下弦桿為焊接箱形構件，斜支撐和腹桿為焊接H型鋼和焊接箱形構件。巨型斜桁架的上弦桿、下弦桿、斜支撐、腹桿(框架鋼梁)均采用塔式起重機進行吊裝。施工過程中按結構安裝高度和斜桁架水平向懸臂長度布置臨時支撐，臨時支撐隨斜桁架安裝逐步搭設，待巨型斜桁架結構合龍后方可拆除。

巨型斜桁架安裝方法如圖11所示。先安裝臨時撐桿(φ219×8)及第1段上弦桿，然后吊裝斜支撐；拆除臨時撐桿后安裝第1段下弦桿，就位后使用5t手拉葫蘆配合調整，增設臨時拉桿(φ114×6)且穩固后方可松鉤。再安裝上、下水平腹桿，內側設置安全防護網，拆除臨時拉桿與手拉葫蘆；按上述方法繼續安裝第2段結構，并搭設格構式臨時支撐，并遵循斜桁架安裝樓層≤4層，內側弦桿水平向懸臂長度≤10m的原則。

圖11 巨型斜桁架安裝方法

3.4 中庭鋼平臺與南北連廊施工技術

拆除完臨時支撐后，先施工中庭鋼結構平臺，再施工南北連廊。結構最大安裝標高為47.810m，高空散裝的焊接工作量大、現場機械設備難以滿足吊裝要求，且難以搭設高空組拼胎架，存在安全、質量風險，影響施工工期和成本。通過分析比選，采用以下施工方案進行施工。

1)將中庭鋼平臺和南北連廊分為3個施工分區，中庭鋼平臺在樓面胎架上拼為整體，然后利用超大型構件液壓同步提升技術進行整體提升(見圖12)。南北連廊的5～11層在樓面胎架上拼裝為整體后，利用超大型構件液壓同步提升技術分2次進行提升，即第1次提升9～11層，第2次提升5～8層(見圖13,14)。2～4層在樓面胎架上拼裝為整體后，使用2臺25t汽車式起重機進行抬吊吊裝。

圖12 鋼結構提升分區

圖13 中庭鋼平臺提升示意

圖14 連廊9～11層提升

2)鋼結構提升單元在投影面正下方的樓面上拼裝為整體，同時，在桁架結構11層(標高47.810m)和12層(標高52.590m)處，利用鋼柱、牛腿及鋼梁設置提升平臺(上吊點)，在鋼結構提升單元的上弦層桿件與上吊點對應位置安裝提升臨時吊具和下托梁(9～11層連廊安裝完成后，將液壓提升設備轉移到9層提升平臺上)，上下吊點間通過專用底錨和專用鋼絞線相連。利用液壓同步提升系統將鋼結構提升單元整體提升至設計安裝位置，并連接預裝段牛腿等，完成安裝。

3.5 地上鋼結構預變形控制

因1，2號樓存在大量整體傾斜的巨型斜桁架，需在主結構基本結頂后形成完整的受力體系。自下而上各層剛度逐漸減小，各層間的水平力與水平位移不同，施工過程對結構最終狀態的內力及變形存在一定影響。故鋼結構深化設計與加工制作時，應根據設計要求調整構件尺寸及預變形，包括構件長度、節點角度、連接板尺寸、螺栓孔位與大小等，現場施工時嚴格按照深化設計圖紙中的控制點坐標進行安裝與測量。后安裝構件的下料尺寸及兩端連接面角度應根據先安裝構件的實際變形情況進行調整。結構控制點預變形值如圖15所示。

圖15 控制點預變形

圖15中標注的控制點預變形值為施工時相比設計位置的差值，相鄰控制點間的構件預變形值可按線性插值處理。Ux表示x方向預變形值，Uz表示z向預變形值。因1，2號樓平面呈反對稱布置，故x向預變形值正負號相反，z向預變形值相同。

4 結語

根據由巨型斜桁架與混凝土核心筒組成的高層建筑結構形式與特點，對施工重難點進行深入分析，并提出需重點控制的環節，針對性地提出解決方案，合理組織施工。本工程臨時支撐的合理布置及臨時支撐與巨型斜桁架的協同安裝方法，可保證主結構穩定、安全。臨時支撐拆除完成后，中庭鋼平臺和南北兩側連廊采用超大型構件液壓同步提升技術，保證施工質量與工期，降低安全風險與成本。根據結構控制點的x，z向預變形值進行深化設計、加工和安裝，減小因各層間剛度不同對結構變形的影響。