摘要：以某超高层建筑裙房的钢结构施工为例，围绕钢结构安装、狭小空间内的塔吊布置以及钢结构幕墙屋面施工技术，对裙房钢结构工程综合施工工艺进行了介绍。有限元分析结果显示，在专业一体化管理的指导下，施工完成后的钢结构最大应力和最大变形均符合相关要求，可为今后超高层建筑裙房钢结构施工提供技术手段和参考。
关键词：超高层建筑裙房；钢结构；综合安装施工；一体化管理
当今的超高层建筑往往都会配置具有商业和设备功能的大型裙房，由于超高塔楼的存在，裙房的施工具有如下的鲜明特点和难点：1）裙房是个专业综合性较强的分项工程，钢结构幕墙屋面专业系统之间的空间关系将会比较复杂，深化设计需要进行充分的协同，以确保正确性。同时，结构施工需要为后一道幕墙屋面工序的开展提供作业面和工艺条件。2）对裙房施工本身来讲，受主楼结构施工先行的影响，狭小空间内裙房施工塔吊的布置和支承具有较高的安全要求和难度。3）裙房的建筑往往比较新颖和不规则，必然带来复杂的钢结构体系的安装技术和工艺难题。
本文基于上述的特点和难点分析，以某超高层建筑裙房钢结构为案例，围绕钢结构幕墙屋面专业协同管理技术、狭小空间内的塔吊布置和支承技术、钢结构安装技术及工艺方法等进行深入剖析和介绍，希望能够为今后超高层建筑裙房钢结构施工技术的发展提供技术手段和参考。
1工程概况
某超高层建筑裙房，建筑高度（双曲型屋面）为38m，建筑面积为24600m2，地上设有7个楼层，顶部2层用作设备用房，其余为商业用房，其功能主要为会议和宴会厅等。整个建筑外立面通过双曲的“金色基底玻璃＋直立锁边”屋面系统和多达十几种类型的幕墙系统构成。
裙房采用“钢框架支撑＋混合巨型柱”结构体系，由抗侧体系和重力承载体系两部分组成，总用钢量达7000t。抗侧体系主要由型钢混凝土巨柱以及钢支撑框架体系组成。重力承载体系主要由巨型桁架和楼面钢桁架（钢梁）及钢柱组成，重力荷载通过楼面系统传递给巨型桁架，再由巨型桁架传给钢柱，最后传给基础。
2专业协同管理技术
裙房建筑异形、空间复杂，钢结构幕墙屋面存在众多界面、空间、工艺构造和施工流程方面的问题。将钢结构、幕墙和屋面作为一个“三位一体”的有机整体进行深化设计协同和一体化施工管理，能够更加高效和有序地确保工程安全、质量和进度。
2.1协同深化设计
综合运用信息化模型平台和合模技术，将裙房的钢结构、幕墙和屋面信息化模型进行整合，全面查找碰撞、空间不足等问题，并在深化设计出图前通过修正或优化的方式对其加以解决，避免了施工现场的返工或修改。在整个裙房合模校核的过程中，依次解决了如下主要问题：
1）钢结构与幕墙系统碰撞的问题，通过优化钢结构截面和节点构造形式妥善解决。
2）钢结构与屋面空间尺寸不足的问题，通过事先调整屋面钢结构标高来留设足够的屋面支承构造空间。
2.2一体化施工管理
裙房的钢结构、幕墙和屋面工程是一个工艺搭接、高质量标准的产品，需要按照产品的生产流程和工艺进行一体化管理，方能建造精品。
在施工流程安排上，钢结构施工时同步考虑后续幕墙和屋面的流水搭接施工，确保整体最优工期。本工程中裙房施工流程为：东裙房钢结构施工→东裙房屋面系统施工→西裙房钢结构施工（考虑主楼与裙房后浇带的封闭因素）→西裙房屋面系统施工→东裙房幕墙施工→西裙房幕墙施工。同时，合理考虑了西裙房与主楼后浇带的封闭，东西裙房的屋面和幕墙的连续施工，屋面及早断水为二结构和机电安装创造工作面等关键因素。
在施工过程质量控制上，根据后一道工序的质量标准去严格控制前一道工序的施工质量（尤其是精度控制），并通过跟踪测量和过程静态模拟的技术加以校核，确保了工序移交后工作的流畅和高效，本工程中对与幕墙和屋面密切连接的钢结构的安装精度进行了重点控制，为幕墙和屋面的施工创造了最佳条件。
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3塔吊布置及支承技术
对结构体系、构件分段、起重性能、施工工期、堆场布置、塔吊装拆便利性等进行综合研究，确定采用1台M900D塔吊，并将其置于⑤轴结构顶板上，可以最大效率地完成吊装和拆除任务，并将对场地布置和地下室施工的影响降到最低。为减小对裙房地下室结构及后一道工艺施工的干扰，创新性地采用在土建结构楼板上的狭小空间内设置大型塔吊转换支承基础的方式进行塔吊的设置。大型塔吊的转换底座由4根呈“井”字形布置的箱形梁及加劲板组成，在转换箱梁上设置法兰盘与塔吊底座进行连接。转换箱梁与土建结构地下室顶板混凝土梁上的预埋件焊接固定，并针对承载力不足的混凝土梁进行钢支撑加固。
4钢结构安装技术及工艺方法
通过对裙房钢结构体系的成型特点、结构分段、施工顺序、特殊工艺进行研究，并通过施工模拟的有限元分析辅助验证，最终确定了整体施工技术路线和施工流程。
4.1钢结构安装技术路线
主要施工流程划分原则如下：先柱后梁、先巨型桁架后楼面桁架、设置临时支撑、及时形成空间稳定体系。合理技术流程的确定，为钢结构深化、材料的采购、钢结构的加工制作和现场安装的连续流水作业奠定了坚实的基础。
4.2钢结构安装工艺方法
在裙房钢结构安装中较为特殊的安装工艺，是施工流程推进中的关键技术，主要有巨型桁架安装工艺和临时支撑卸载工艺两部分内容。
4.2.1巨型桁架安装工艺
裙房钢结构采用顺作法进行施工，从结构体系角度分析，结构由悬挂结构、巨型钢梁、巨型桁架和悬挑结构等多种系统组成；从构件安装角度分析，由于构件质量和体积较大，无法一次成型，在结构逐步成型的过程中必须设置大量的临时支撑。其中，④轴、⑥轴、⑦轴和⑧轴为巨型桁架结构。
4.2.2临时支撑卸载工艺
在结构合拢后，根据结构体系的传力路径和特点确定合理的支撑卸载顺序，确保施工完成后的结构应力和变形达到最佳性态。卸载分为2个阶段：④轴以东临时支撑卸载和④轴以西临时支撑卸载。卸载时，利用钢管临时支撑上的长度调节装置将临时支撑长度收缩，使临时支撑上的受力逐步转换到主体结构上，从而实现主体结构的卸载和最终成型。主要卸载顺序为卸载楼面系统临时支撑，完成楼面系统的成型→从④轴至⑧轴，从上至下依次卸载④轴、⑥轴、⑦轴、⑧轴的巨型桁架临时支撑，将所有的楼面荷载传递至巨型桁架→从上至下依次卸载④轴以西悬挑部位楼面桁架（5F）和楼面箱梁（2F）临时支撑→完成结构体系的最终成型。
施工全过程模拟分析结果表明，整个施工全过程安全可控，主体结构最大应力为75MPa，临时支撑应力最大值为97MPa，考虑构件稳定后应力比为0.55，主体结构和临时支撑应力均满足要求；施工完成后结构应力最大值为75MPa＜设计值85MPa，变形最大值29mm＜设计值30mm，满足设计要求。
5实施效果
本文围绕钢结构幕墙屋面专业一体化管理技术、狭小空间内的塔吊布置和支承技术、钢结构安装技术及工艺方法等进行了深入剖析，这些研究成果在本超高层裙房钢结构工程中得到了成功的应用。
工程实施历经5个月左右的时间，提前1个月完成了钢结构安装，整个施工过程安全可控，施工精度满足后一道工序幕墙和屋面的要求，真正做到了“结构成型安全可控、成型结构精度可控”的双重目标。希望本文的研究能够为今后超高层建筑裙房钢结构施工技术的发展提供技术手段和参考资料。
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论文作者:张文旭,邓银烽
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/17
标签：钢结构论文; 屋面论文; 结构论文; 幕墙论文; 桁架论文; 塔吊论文; 工艺论文; 《基层建设》2018年第23期论文;