城市森林空中步道结构形式分析及安装工艺探讨

2021-11-05黄厚军

建筑施工 2021年7期

黄厚军

广州机施建设集团有限公司广东广州 510725

早期的森林步道一般设置于城市中间或市郊的山体中，步道终点多设有庙宇、古迹文物等景观点。步道简陋，步行条件差，人流量稀少。随着城市规模的扩大，城市人口的快速膨胀，原有城市中间的山体显得小了，原有市郊的山体变成了城市的一部分。这些山体很快成为市民健身锻炼、休闲观光的好去处，因此也就有了森林公园[1-2]。早期政府限于财力，通常对既有的森林步道进行改造，形成了带有城市味道的城市森林步道。随着政府财力的增强，城市森林步道迎来了建设的高潮。

目前，国内外采用钢结构建造的城市森林步道案例仍较少，较为知名的案例有：新加坡森林步道；福州左海公园—金牛山城市森林步道第1标段工程，简称“福道”，是我国首例完成建设的城市森林步道，项目位于福建省福州市，于2017年12月15日竣工。

1 工程概况

本文以白云山麓湖越秀山连通工程（一期）勘察设计施工总承包为依托。白云山麓湖越秀山连通工程，简称云道项目，南起中山纪念堂北门，经越秀山、雕塑公园、麓湖高尔夫练习场，东至麓湖西岸，总长度约为5.4 km，其中地面园道长约2.0 km，空中步道长约3.4 km。通过空中步道和地面园道的连通，实现了从中山纪念堂直达白云山的目的。

空中步道桥体主体结构采用钢结构，基础结构采用钢筋混凝土结构，最大跨径16 m，桥面板和地面最大高差20 m，步道宽3～5 m，全路径均为剥蚀残丘和丘间沟谷，地势变化大，其中飞鹅岭、麓湖公园地形陡峭，飞鹅岭自然坡度达20°以上，路径沿线高差可达30 m。

2 研究方法

本文通过采用调查研究、生产实践和项目示范相结合的研究方法，使三者相互补充、相互校核。在调查已有工艺的基础上，通过对大型钢结构在结构形式受力分析、安装及节点处理等方面的工艺进行研究，并将研究成果应用于云道项目当中，最后进行总结。

3 空中步道结构形式选择及受力分析

3.1 空中步道结构形式选择

云道的标准跨采用Y形柱钢框架梁结构体系，一是为了迎合广州市民生工程项目的特色与美感要求，以广州城市标志——“五羊”作为主要设计理念；二是减少下部支撑结构对原地面的破坏，相较于传统的直接坐落于地面的道路，采用Y形柱钢框架梁结构体系，其占地面积缩减至不到原来的1/16，大幅度减少了对原森林和植被的破坏（图1、图2）。

图1 Y形柱

图2 空间Y形柱

Y形柱采用圆管截面，主受力框架梁采用焊接H型钢，梁柱采用刚接，次梁采用焊接H型钢。标准段每跨16 m，钢梁-钢柱采用螺栓焊接。Y形柱主截面规格分为φ450 mm×20 mm、φ500 mm×20 mm、φ550 mm×20 mm、φ600 mm×20 mm和φ800 mm×16 mm几种，斜撑规格分为φ299 mm×16 mm、φ350 mm×20 mm、φ219 mm×16 mm及φ400 mm×20 mm几种。柱长根据实际场地标高确定。上部桥段采用模块化设计，分为3 m宽标准直段、曲线段、梁柱连接段、休息平台段、云心亭。

3.2 不同工况下的结构受力分析

针对云道全线段，采用软件SAP2000进行弹性计算（模态、重力、风、小震），反应谱、舒适度分析，整体稳定等计算，以及弹性计算复核。其中基本组合有30种工况，标准组合有17种工况，共计47种工况。通过研究发现，采用此类结构具有现场焊接工作量较小、施工速度快、传力清晰、受力可靠等优点。

4 大型钢结构吊装

4.1 起重设备选型与施工平台搭设

1）起重设备选型：为了减少大型起重设备进出场以及施工作业时作业面布置对周边森林植被的破坏，根据云道单个节段最大质量为9 t的实际情况，选用30 t和50 t汽车吊作为空中云道的起重设备，单台汽车吊负重约8 t，最大作业半径为12 m。

2）施工便道及平台搭设：对于条件良好的施工道路，利用现场原有道路直接吊装，而对于吊装区域位于森林公园内且周围树木植被众多的位置，则可沿云道线形修建架空施工便道和平台，以此作为运输便道和吊装场地，减少对周围森林植被的破坏。在云道附近修建的架空施工便道净宽5.3 m，供运送材料车辆和吊车通行。根据现场条件，架空施工便道的基础主要采用天然基础和钢结构支墩，部分可利用云道的支墩，上部结构采用贝雷片架和工字钢形成桥面系（图3）。

图3 施工便道剖面示意

4.2 钢结构分段吊装

1）钢柱吊装：本工程采用吊车直接吊装、安装拔杆吊装、在已安装的结构上架设吊装设备吊装、在已安装的结构上拼装构件实行滑移安装、搭设平台高空散拼等多种方式。具体实施时，不同区域位置可根据实际情况采用将1种或2种或多种相结合的方式进行构件拼装、吊装、安装。

2）钢梁吊装：桥段钢架节段共分6组模块，单个节段最大质量9 t，其中L1、L2、L3模块为端头模块，双墩R1、R2、S1模块为跨间模块（R1为直线段，R2为曲线段，S1为设遮阴棚及座椅构造的休闲模块）。Y形柱采用圆管截面，主受力框架梁采用焊接H型钢，梁柱采用刚接，次梁采用焊接H型钢。为便于搬运安装，跨间模块分3段，段与段间的主梁腹板采用高强螺栓固结，翼缘采用焊接。

3）吊装垂直度监测控制：根据主体结构的吊装尺寸，画出柱脚预埋件或上一个完成安装钢柱的十字线，将预先制作好的预埋件与承台进行精准可靠固定，定对十字线。

主体结构的吊装定位全部采用全站仪进行精确定位，通过平面控制网和高层控制网进行坐标的转换，在吊装过程中对主梁两端进行测量定位，发现误差及时修正。

5 连接节点方式

5.1 柱脚固接形式

利用钢板带作为定位环，对钢管柱柱脚锚栓的位置进行定位，保证位置精确，而后采用钢管支架固定钢板带的方式进行钢管柱柱脚锚栓的空间定位，使之形成一个独立稳定的结构，待柱脚下部混凝土浇筑完成后，通过锚栓中的单螺母调节并控制柱脚的标高，保证钢管混凝土柱柱脚的安装精准度。

5.2 钢梁节点连接方式

梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各600 mm的节点范围内，焊接工字形柱的翼缘与腹板。箱形柱壁板件间的连接焊缝，应采用坡口全熔透焊缝。H型钢梁上下翼缘和腹板的拼接焊缝应错开，并避免与加劲板重合。

5.3 伸缩缝安装

本工程沿着纵向每150～250 m位置设置一道结构伸缩缝，结构伸缩缝采用的是聚氨酯弹性体伸缩缝，具有施工通用性好、整体结构合理、受安装精度影响小、质量容易得到控制和便于施工的优点。为使桥面与路面的连接能够舒适平整，先进行桥面与路面的铺设，后根据桥面与路面的标高进行伸缩缝的安装。

6 效果检验

通过采用上述方法和工艺后，云道项目在缺乏相关工程经验和地形险峻复杂的施工条件下，大大提高了施工精度和安装效率，使项目在90日历天内按期完成，并实现了不动迁、不改变、不破坏森林植被原貌的目标，且不影响附近的居民住宅楼、学校等建筑。

7 结语

综上所述，通过对城市森林空中步道结构形式进行受力分析、生产安装工艺和连接节点的研究，并提出了相关施工工艺和措施，提高了生产施工精度和效率，从而保证了施工质量，缩短了工期，减少了对周边森林植被的破坏。在目前国家大力推崇绿色施工、质量优先的大背景下，不断优化装配式钢结构的结构形式以及提高生产安装的精度和效率，是我们需要持续研究的方向。