某国际广场东塔宴会厅钢结构施工与验算

2020-01-06张龙生韩建强陆日超

广东土木与建筑 2019年12期

张龙生，韩建强，覃浩，陆日超

（广州市设计院广州510620）

1 工程概况

某国际广场属于以公共交通导向的工程，东塔楼有城际轨道穿过建筑物，东塔与裙楼通过设置滑动支座连接；裙楼与城际轨道区域（4 层及以下区域）从地下3 层及以上设防震缝分开；东塔楼与城际轨道区域（4层及以下区域）从地下3 层及以上设防震缝分开［1］。

结构计算模型三维视图、建筑效果图具体如图1、图2 所示。

2 设计参数

工程结构设计使用年限为50 年，建筑结构安全等级为二级；50 年重现值的基本风压［2］为 0.50 kN/m2，场区地面粗糙度为 C 类；风压体型系数取 1.4［3］，采用风洞试验风荷载结果。

结构抗震设防类别：东塔楼1～8 层：重点设防类；东塔楼9 层及以上：标准设防类；根据《建筑抗震设计规范》［4］及《中国地震动参数区划图》查得广州市增城区抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度峰值=0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，阻尼比=0.05。小震、中震和大震计算采用规范的地震动参数。竖向地震影响系数最大值对应的水平地震影响系数最大值0.65 倍进行竖向地震计算。

图1 建筑效果图Fig.1 Architectural Rendering

3 宴会厅结构概况

图2 结构计算模型Fig.2 Calculation Model of Structure

东塔楼存在“宴会厅”，宴会厅采用钢结构桁架跨越城际轨道，跨度约为45 m，主要分布在5～9 层，其中5～7 层有 7 榀桁架，8 层、9 层主要为 H 型钢梁和矩形钢柱，如图3 所示。桁架截面尺寸大，桁架上下弦中心高度为12.1 m，桁架跨高比约为4，刚度满足要求。主要弦杆为箱型构件，箱型截面最大规格为□2 000×1 250×70×70，主体结构最大板厚达90 mm，节点构造复杂。同时宴会厅桁架下部为城际铁路施工区域，钢结构的安装和施工复杂，难度大。

图3 桁架编号图Fig.3 Truss Number Drawing

4 宴会厅钢结构安装方案［5］

从结构整体来看，宴会厅钢结构平面分布在塔楼之间，整体呈非对称的八字形结构，由于建筑功能需要，其5～7 层的桁架从1～5 轴线范围内的五榀为平行布置，但桁架的长度和形式各有不同，6～7 两榀桁架为倾斜布置（见图3）。

桁架的一侧与主体塔楼混凝土结构内部劲性柱连接，另一侧与通过成品球铰支座与劲性柱柱顶连接。钢结构总用钢量约为6 000 t，桁架高为12.1 m，离地高度25 m，单片桁架最大重量400 t，桁架高度方向跨5～7 层两个楼层。由于主体结构布置呈八字形口，各个桁架的长度不同，端部倾斜位置的桁架最大跨度达53.8 m，平面投影较宽位置的最大宽度约45 m。桁架之间设置钢梁，7 层以上为两层钢框架的楼层。

桁架跨度大，同时受两侧主体结构的影响（见图2），并且下部为城际铁路施工区域（见图4）。周边条件的制约，给主体钢结构的施工带来了很大的难度，同时施工的交叉和复杂性，因此需遵循合理、安全、可行的原则，确定大跨度宴会厅钢结构安装的施工方案。

图4 宴会厅钢结构三维模型图Fig.4 3D Model of Steel Structure of Banquet Hall

4.1 钢结构安装重、难点分析

⑴ 单根构件重量重、外形尺寸大，分段跨度大

主体桁架重量较重，且整榀桁架的外形尺寸很大，桁架的最大长度和高度分别达到53.8 m 和14.2 m，另外桁架单根构件高达2 m，构件拼接施工难度大。

⑵ 结构整体略呈不对称八字形，两端宽度不等，安装难度大。本工程结构平面布局两侧不对称，且结构整体略呈不对称八字形，桁架的形式不同，无标准榀，并且为非平行布置。

⑶ 钢结构安装受土建结构影响大，宴会厅下部为城市轨道交通结构，而且均在钢结构安装前施工，其钢结构拼装场地和拼装条件均不具备，大型的机械也很难进入其中进行吊装。常规的吊装设备及方法无法满足安装要求，其连接节点的统一和埋件的留设对后期的施工影响非常大。

⑷ 安全施工防护、监控要求高

本工程钢结构安装施工过程中，相邻塔楼结构及下部城际铁路主体结构等交叉进行，为此，为保证施工范围内的结构安全和人身防护，必须投入相应的安全防护和监控措施，由于施工单位多，不确定因素多，所以防护和监控的要求高。

⑸ 交叉施工作业和成品保护要求高

钢结构在整个施工过程中，需要大量与土建、机电、幕墙等施工的交叉作业，给整个项目现场施工协调带来很大困难。同时主体结构采用大型吊车安装，其行走对下部已完的成品保护要求高。

4.2 施工方案

结合现场实际情况，现场采用顶推滑移和退步轨道吊机吊装结合的安装方法施工。

宴会钢结构的施工方案，主要分以下两部分：①5层的滑移施工方案，某一阶段施工过程如图5 所示。②6～9 层结构吊装方案。5 层主体结构顶推滑移安装结束后，利用1 350 t 主履带吊，在结构层顶设置吊车轨道，用2 台80 t 架梁履带吊在楼面进行吊装。利用轨道梁将上部荷载均匀传递到GHJ 上。吊装采用进步装轨道、退步安装结构的方式进行，安装完成后在原吊装位置拆除架梁吊机，并用1 350 t 履带吊完成最终构件的吊装。

图5 施工图过程某一阶段示意图Fig.5 Schematic Diagram of a Certain Stage in the Construction Drawing Process

4.3 施工主要步骤

4.3.1 5 层滑移施工的主要步骤如表1 所示

4.3.2 6～9 层结构施工的主要步骤如表2 所示

表1 5 层滑移施工的主要步骤Tab.1 Main Steps of Five Layer Sliding Construction

表2 6～9 层结构施工的主要步骤Tab.2 Main Construction Steps of Six to Nine Story Structure

5 施工各阶段计算

5.1 计算思路［6-8］

对应5 层滑移施工步骤，分布建立对应的计算工况；对6～9 层桁架施工的主要步骤，也分别建立计算工况，存在2 种情况：

⑴ 在滑移结束后，采用履带吊在6 层结构平面上自行吊装轨道前进，计算80 t 履带架梁吊机在结构层上面行走时对主体结构的影响。采用Midas Gen 分析软件建立了5 层的有限元模型，包括东塔和西塔的结构柱，构件均采用梁单元建立，根据钢桁架对应表1 所述的不同施工步骤，在支座节点处仅对重力荷载方向进行约束。跨度15 m 的单根轨道梁自重15 t，履带吊自重71 t，考虑最大吊载40 t，故总重按照150 t 考虑，由于吊车运行时具有一定的冲击，故安全系数取为1.1。故钢桁架承受的最大集中力为1.1×1 500/2=825 kN。根据轨道梁的位置将集中力施加在HJ1-6 榀钢桁架。

⑵ 6～9 层结构施工对应的主要施工步骤，对钢桁架HJ1-6 的影响上部采用分析软件Midas Gen 建立各个工况的有限元模型，主要荷载为架梁吊机产生的集中力（包括履带吊自重、轨道梁自重和吊重）和6～9 层自重，所有构件均采用梁单元，支座边界条件为铰接。

对不同施工阶段的构件进行应力和变形的最大数据进行整理。通过对计算结果进行分析，从而指导设计与施工。

5.2 主要的计算模型

5 层滑移施工步骤对应的分析模型如图6a 所示，分析工况如表1 所示；架梁吊机位于HJ1-6 榀钢桁架的分析工况如表2 所示，分析模型如图6b 所示；6～9层结构施工对应的主要施工步骤，主要荷载为架梁吊机产生的集中力（包括履带吊自重、轨道梁自重和吊重）和6～9 层自重，分析工况如表2 所示，分析模型如图6c 所示。