中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 蘇州 215131

1 工程概況

現(xiàn)代傳媒廣場位于蘇州工業(yè)園區(qū)湖東，占地約37 749 m2，項(xiàng)目地上建筑約22萬 m2，地下3層約10萬 m2，由世界著名的日本日建設(shè)計(jì)株式會(huì)社擔(dān)任建筑設(shè)計(jì)顧問。本工程有四大功能不一的單體組成：辦公樓、演播樓、酒店樓、商業(yè)樓。其中辦公樓高度為214.8 m，主體結(jié)構(gòu)為混凝土核心筒+外鋼框架組成的混合結(jié)構(gòu)，演播樓高度51 m，主體為多層鋼框架結(jié)構(gòu)，連接辦公樓和演播樓的是位于4層（18.2 m）和8層（42 m）之間高24 m的巨型鋼桁架，鋼桁架跨度34.5 m，鋼桁架在中部和靠近演播樓側(cè)均有鋼板剪力墻。巨型桁架水平桿件（鋼梁）多為H型鋼，豎腹桿（梁上柱）多為箱型構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量逾2 300 t（圖1）。

2 施工難點(diǎn)

（a）巨型桁架兩端固定在不同高差的建筑單體上，由于2 個(gè)單體高度和自重相差很大，因此沉降速率也有較大差異。選擇合適的桁架施工介入期就尤為重要。

圖1 辦公樓結(jié)構(gòu)及巨型桁架示意

（b）巨型桁架在施工過程中，兩端非同步沉降還在繼續(xù)發(fā)展。如果能在施工過程中消除由于兩端非同步沉降產(chǎn)生的應(yīng)力，那么對(duì)結(jié)構(gòu)安全是非常有利的。

（c）桁架中有鋼板剪力墻，部分剪力墻有矩形洞口。選擇合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行剪力墻的施工，避免剪力墻在施工階段就由于兩端非同步沉降而承受較大剪力。

（d）桁架兩端均為剛接，兩端非同步沉降，溫度變化等使得桁架會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，因此選擇合適的合攏時(shí)間和卸載時(shí)間是很重要的。

3 施工模擬及分析

3.1 數(shù)據(jù)收集及沉降分析

在兩端非同步沉降剛支座巨型鋼剪桁架的沉降差附加應(yīng)力消除分析前，需對(duì)桁架下部樓面的施工荷載要求、沉降縫位置、桁架下部混凝土梁柱位置、桁架兩端沉降觀測值、牛腿位置誤差等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

桁架施工的合理起始時(shí)間應(yīng)綜合考慮相連辦公樓在連接層的變形，該變形包含基礎(chǔ)沉降和施工過程中引起的辦公樓自身的豎向變形，可結(jié)合施工前的沉降觀測數(shù)據(jù)和辦公樓的施工過程分析對(duì)可能的豎向變形進(jìn)行預(yù)估，以此作為沉降差附加應(yīng)力消除分析的依據(jù)。

預(yù)測沉降變化的方式為采用結(jié)合CEB-FIP1990規(guī)范的規(guī)定及現(xiàn)場施工進(jìn)度，自然環(huán)境等因素建立CEB-FIP1990混凝土模型，對(duì)混凝土模型進(jìn)行模擬施工加載，以此方式對(duì)桁架兩側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的豎向變形進(jìn)行分析。從而得出各樓層的豎向位移隨施工進(jìn)度的變化情況。

從豎向位移隨時(shí)間的變化曲線（圖2）中可以看出，各構(gòu)件的豎向位移隨著施工時(shí)間的增長而逐漸增加，而且構(gòu)件所處的位置越高，其增加幅度越大。

圖2 施工階段豎向位移模擬結(jié)果

分別以辦公樓施工到20層、30層作為桁架起始施工時(shí)間，桁架連接區(qū)域塔樓柱在桁架施工階段的豎向變形見表1?？梢?，在塔樓施工到20～30層之間開始桁架的施工，桁架連接區(qū)域柱的最大豎向變形介于1.42～2.86 mm之間。

綜合上述分析，施工階段與桁架連接的塔樓柱的總變形量介于3.42～5.62 mm之間。在實(shí)際施工中，考慮豎向變形，可以在辦公樓主樓施工至20層以上時(shí)進(jìn)行巨型桁架的施工。

表1 桁架施工階段塔樓柱豎向位移

3.2 沉降觀測

從2013年5月28日到2013年12月19日期間桁架區(qū)域的基礎(chǔ)沉降量如圖3所示?？梢?，桁架區(qū)域基礎(chǔ)沉降呈現(xiàn)趨緩的趨勢。桁架開始施工時(shí)，兩測點(diǎn)的沉降速率分別為－0.023 mm/d、－0.017 mm/d。桁架安裝周期為120 d，按照上述沉降速率，基礎(chǔ)沉降量為－2.04～－2.76 mm。

圖3 桁架區(qū)域的基礎(chǔ)沉降量

3.3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析

桁架梁梁連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖4所示。為消除桁架合攏后由于沉降所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，經(jīng)過專家指導(dǎo)，在巨型桁架中部1/19軸～20軸所有鋼梁的拼接節(jié)點(diǎn)上下翼緣暫不焊接，腹板用高強(qiáng)螺栓初擰作為臨時(shí)連接。這樣做的目的在于可以在安全的前提下，盡可能地將桁架最終合攏的時(shí)間延后，使得兩端的單體有充足的沉降時(shí)間，把沉降差盡可能地消除在施工階段。待鋼桁架全部施工完畢，沉降均勻后再調(diào)整螺栓連接板，將螺栓替換進(jìn)行初擰，并且終擰，最后將鋼梁上下翼緣焊接。

圖4 桁架梁梁連接節(jié)點(diǎn)示意

4 施工重點(diǎn)技術(shù)

4.1 巨型桁架安裝思路[1,2]

搭設(shè)臨時(shí)支架至4層，原位拼裝16-2/21軸～P-J軸巨型桁架安裝至8層（一區(qū)），待桁架形成后，安裝二區(qū)桁架至6層（1/19-20軸），然后安裝三區(qū)鋼梁和梁上柱至6層，以后二區(qū)和三區(qū)按梁柱框架結(jié)構(gòu)逐層往上安裝，至8層結(jié)構(gòu)全部完成后形成巨型桁架，驗(yàn)收合格后支撐卸載拆除。巨型桁架安裝分區(qū)，見圖5。

圖5 辦公樓巨型桁架安裝分區(qū)示意

4.2 巨型桁架臨時(shí)支撐體系[3,4]

辦公樓巨型桁架采用高空原位形式，中間需采用臨時(shí)支架臨時(shí)擱置，臨時(shí)支架采用拆裝方便的專用支架支撐。臨時(shí)支架采用格構(gòu)式2 m×2 m×1.5 m（長×寬×高）的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)對(duì)接形成。大桁架下弦（4層鋼梁）擱置在支撐頂部，標(biāo)高為16.52 m，支撐下部支承在首層混凝土梁上。臨時(shí)支架放置時(shí)，與軸線成45°，這樣臨時(shí)支架的支腿可以支承在混凝土大梁上，臨時(shí)支架下端支腿支承在鋼板上，鋼板與混凝土樓面用膨脹螺栓固定。臨時(shí)支撐四周設(shè)置腳手架，腳手架每間隔5.4 m設(shè)置抱箍與臨時(shí)支架連接，將臨時(shí)支撐與腳手架相連接形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

臨時(shí)支架頂部采用可調(diào)節(jié)支座。可調(diào)節(jié)支座一般由沙漏支座及千斤頂支座等形式。雖然沙漏可調(diào)節(jié)支座的調(diào)節(jié)精度較千斤頂支座低，但不會(huì)出現(xiàn)漏油、卡死等隱患，因此施工時(shí)一般選擇沙漏可調(diào)節(jié)支座。

沙漏式可調(diào)節(jié)支座是根據(jù)在沙漏側(cè)面打開開口，利用沙漏內(nèi)的流出細(xì)沙減少容器內(nèi)的體積，使細(xì)沙上面的墊塊標(biāo)高下降的原理設(shè)計(jì)的。沙箱側(cè)面距下墊板20 mm處設(shè)置螺絲口，然后擰上螺絲，螺絲Φ20 mm，它是沙子流出時(shí)的開關(guān)。墊塊用直徑略小于圓管沙箱直徑的無縫鋼管制作，加工好后在鋼管中灌注混凝土，待達(dá)到強(qiáng)度后即可使用。沙漏工作原理，見圖6。

圖6 沙漏式可調(diào)節(jié)支座工作原理

4.3 桁架合攏線

在跨中剪力墻位置設(shè)置合攏線，即跨中鋼剪墻和鋼剪桁架弦桿軸向的連接用高強(qiáng)度螺栓作臨時(shí)連接，跨中鋼剪墻和鋼剪桁架弦桿上下翼緣臨時(shí)點(diǎn)焊固定，待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再進(jìn)行焊接。

合攏線的選擇要事先要通過精準(zhǔn)的計(jì)算和分析來確定，避免出現(xiàn)在應(yīng)力集中和突變的地方。鋼桁架施工過程中通過只對(duì)梁-梁連接節(jié)點(diǎn)腹板螺栓進(jìn)行初擰，減小施工過程中辦公樓樓主體位移對(duì)桁架的影響。螺栓在初擰狀態(tài)下的連接節(jié)點(diǎn)可簡化為半剛性連接節(jié)點(diǎn)，并忽略螺栓與連接板之間摩擦力的影響。

在主樓核心筒施工至35層和外圍鋼結(jié)構(gòu)施工至28層以上時(shí)，合攏帶中1/19軸～20軸鋼梁腹板用高強(qiáng)螺栓替換終擰，鋼梁上下翼緣焊接固定。剪力墻板可與鋼柱同步安裝，作臨時(shí)固定，待主體結(jié)構(gòu)封頂后焊接。

4.4 桁架卸載

卸荷過程中總的原則是：要充分考慮到鋼桁架系統(tǒng)受力——接近自由狀態(tài)下增加荷載，同時(shí)要求桁架卸荷。鋼桁架卸荷采取統(tǒng)一卸荷。在鋼桁架系統(tǒng)整體卸載前，應(yīng)先測量各支撐點(diǎn)的標(biāo)高。卸載要在1 d內(nèi)完成，并于12 h后進(jìn)行整體觀測。

在卸載時(shí)桁架兩邊各架1 臺(tái)水平儀，隨時(shí)對(duì)主桁架變形進(jìn)行觀測。同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，合理的布置監(jiān)測點(diǎn)，在關(guān)鍵部位粘貼應(yīng)變片，通過應(yīng)片監(jiān)測在卸載過程中桁架應(yīng)力、變形情況。

4.5 施工過程監(jiān)測[5-8]

盡管采取了各種施工措施，但是由于1/19～1/20軸之間的鋼梁非完全脫開，其緊固程度缺乏量化控制，施工時(shí)不均勻沉降所產(chǎn)生的內(nèi)力難以精確估計(jì)。同時(shí)，不均勻沉降對(duì)臨時(shí)支撐以及對(duì)塔樓、演播樓相連結(jié)構(gòu)的影響也不明確。

為確實(shí)保證施工安全可靠，需對(duì)施工過程進(jìn)行監(jiān)控。共請了兩所高校的鋼結(jié)構(gòu)研究所對(duì)巨型桁架和鋼板剪力墻進(jìn)行了施工過程的全程監(jiān)測，重點(diǎn)是受力較大的桁架梁柱，鋼板剪力墻以及剪力墻洞口可能應(yīng)力集中的部位。此次監(jiān)測采用了先進(jìn)的光柵光纖應(yīng)變計(jì)，可以測定從初始狀態(tài)開始任何時(shí)間段的應(yīng)力變化情況。這種監(jiān)測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有連續(xù)性，準(zhǔn)確地反映了整個(gè)施工過程中桁架應(yīng)力的變化情況。

在數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的整理、分析，可以得出桁架應(yīng)力變化的情況。經(jīng)實(shí)際監(jiān)測，桁架桿件的應(yīng)變均小于理論分析值，表明施工中桁架狀態(tài)正常。