朱怡巧 程 驥 沈西華 袁 震 陸優(yōu)民

1. 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 杭州 311231；2. 浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 浙江 杭州 310012

1 工程概況

中信銀行杭州分行新建金融辦公用房工程位于浙江省杭州市錢(qián)江新城錢(qián)塘江畔，建筑采用長(zhǎng)方體布置，占地面積2 210.8 m2。主樓地下3層（含非機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)夾層），地上20層（含機(jī)房夾層），總高99.9 m，總建筑面積59 000 m2，本工程整體外觀由結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成多面切角造型，通過(guò)玻璃幕墻折射出光影變化，酷似一顆金色鉆石矗立在錢(qián)塘江畔（圖1）。

工程采用裝配式巨型鋼結(jié)構(gòu)體系，巨型鋼結(jié)構(gòu)體系由鑄鋼節(jié)點(diǎn)、斜向支撐、斜向鋼柱、斜向鋼柱柱間支撐、箱形鋼梁和鑄鋼件等組成，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量13 500 t（圖2）。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

中信銀行杭州分行新建金融辦公用房工程工期緊、質(zhì)量要求高，施工中存在以下重點(diǎn)及難點(diǎn)：

1）吊裝設(shè)備選型及吊裝工況復(fù)雜，需要采用多種組合吊裝方式才能滿(mǎn)足施工要求。

圖1 建筑效果圖

圖2 結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

2）施工階段的變形不協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)變形控制精度要求高。

3）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件種類(lèi)多，不同的構(gòu)件類(lèi)型需要采用不同的組合式吊裝及安裝技術(shù)。

4）斜鋼柱測(cè)量精度要求高。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工部署

3.1 吊裝設(shè)備選型

塔吊是本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵影響因素，綜合考慮項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)形式、工期、鋼結(jié)構(gòu)分段質(zhì)量、塔吊的起吊能力和塔吊貨源等因素，選用2臺(tái)ZSL1000動(dòng)臂式外附塔吊（編號(hào)為1#、2#），其中ZSL1000塔吊工作半徑45 m，最大臂長(zhǎng)45 m，能滿(mǎn)足一般鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝需求。但是其中鑄鋼節(jié)點(diǎn)ZG-01和ZG-04這2個(gè)構(gòu)件重達(dá)88 t，應(yīng)采用550 t汽車(chē)履帶吊結(jié)合滑移進(jìn)行定位安裝?，F(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，采用塔吊進(jìn)行鋼構(gòu)件安裝時(shí)，應(yīng)將鋼柱、鋼梁進(jìn)行合理分段和拼裝（圖3）。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)施工期塔吊布置

3.2 施工分區(qū)

鋼結(jié)構(gòu)平面和立面分區(qū)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、塔吊的布置和工作能力、現(xiàn)場(chǎng)施工條件、構(gòu)件分段和質(zhì)量等綜合考慮。依據(jù)該原則，在結(jié)構(gòu)施工平面上劃分成4個(gè)施工分區(qū)，分別為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)。立面分區(qū)由下而上劃分成5個(gè)施工分區(qū)，其中分區(qū)1屬于地下部分，分區(qū)2～5為地上部分。鋼結(jié)構(gòu)立面分區(qū)的施工安排是逐節(jié)安裝鋼柱（1節(jié)鋼柱一般穿過(guò)2層鋼梁）。安裝時(shí)，后庭和中庭后立面的鋼柱必須優(yōu)先進(jìn)行安裝、校正和焊接。逐層安裝相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)樓層梁。鋼結(jié)構(gòu)樓層梁安裝完畢后，開(kāi)始鋪設(shè)壓型鋼板、栓釘焊接和綁扎樓層鋼筋，柱分段上部樓層的壓型鋼板先行安裝，為下部作業(yè)提供安全防護(hù)（圖4）。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)立面分區(qū)

4 鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)變形分析、控制與監(jiān)測(cè)技術(shù)

4.1.1 結(jié)構(gòu)變形分析技術(shù)

影響結(jié)構(gòu)變形的作用效應(yīng)主要分為3類(lèi)。其中第1類(lèi)是施工荷載，包括施工機(jī)械設(shè)備、人員活動(dòng)、材料堆積等，對(duì)于該類(lèi)荷載，是可控的；第2類(lèi)是自然荷載，包括風(fēng)荷載、溫度和地震作用效應(yīng)等，是不可控的；第3類(lèi)是材料本身的特性引起的作用效應(yīng)，包括混凝土的收縮和徐變、結(jié)構(gòu)的自重等，對(duì)于該類(lèi)荷載，也是不可控的，但是可以采取一定的措施將作用效應(yīng)減小[1-3]。

本工程鋼結(jié)構(gòu)采用外框內(nèi)筒的巨型支撐體系，大部分豎向構(gòu)件呈傾斜狀態(tài)，其造型新穎，受力復(fù)雜，特別是結(jié)構(gòu)在形成整體之前剛度較差。為便于構(gòu)件的安裝和定位，在安裝過(guò)程中，設(shè)置了大量的臨時(shí)支撐，為能更好地了解結(jié)構(gòu)的受力性能以便于指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)的順利施工和結(jié)構(gòu)的成形，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和臨時(shí)支撐在施工各階段的受力和變形進(jìn)行了計(jì)算與分析。為能實(shí)際模擬鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形情況，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)施工的實(shí)際進(jìn)度，將鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程劃分為26個(gè)施工階段，采用有限元軟件MIDAS/Gen進(jìn)行全過(guò)程的施工模擬（圖5、圖6）。

圖5 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布云圖

圖6 結(jié)構(gòu)變形矢量和分布

通過(guò)對(duì)巨型鋼結(jié)構(gòu)體系施工工況全過(guò)程的可視化模擬，得到結(jié)構(gòu)在全過(guò)程不同階段的結(jié)構(gòu)變形和構(gòu)件桿件應(yīng)力，反映到深化設(shè)計(jì)和制作中，消除了結(jié)構(gòu)施工期間的安全隱患，提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝效率。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移分析，跟隨施工進(jìn)度指導(dǎo)施工，使巨型鋼結(jié)構(gòu)體系從開(kāi)始安裝至最終卸載都處于一個(gè)可控的狀態(tài)且結(jié)構(gòu)最終位形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.1.2 結(jié)構(gòu)變形控制技術(shù)

對(duì)于本工程，結(jié)構(gòu)變形控制的總體思路是采用有限元軟件對(duì)各個(gè)施工步驟進(jìn)行模擬，確定合理的施工節(jié)奏，嚴(yán)格安排豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工順序和施工時(shí)間差。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的壓縮變形和焊接變形[4-5]通過(guò)采取精確的測(cè)量、預(yù)留調(diào)整量、實(shí)時(shí)下料等措施調(diào)整，通過(guò)先進(jìn)的監(jiān)測(cè)手段實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保施工過(guò)程中內(nèi)外筒體變形補(bǔ)償精確。

本工程結(jié)構(gòu)變形的控制措施主要分為4個(gè)部分：減少塔吊等施工設(shè)備對(duì)結(jié)構(gòu)的變形影響；合理選擇施工順序；合理控制施工節(jié)奏；掌握風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)整體變形的影響。

在滿(mǎn)足施工的前提下，施工過(guò)程中盡可能選擇較小型號(hào)的塔吊，并且布置在對(duì)稱(chēng)的位置上，從影響結(jié)構(gòu)變形程度和經(jīng)濟(jì)合理方面對(duì)不同型號(hào)的塔吊予以考慮。本工程中塔吊的外附，通過(guò)有限元的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)其對(duì)結(jié)構(gòu)變形影響較?。▓D7）。

圖7 塔吊附著結(jié)構(gòu)變形矢量

4.1.3 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)

為保證結(jié)構(gòu)最終完成時(shí)的形狀滿(mǎn)足建筑設(shè)計(jì)的要求，確保施工順利進(jìn)行，提高結(jié)構(gòu)的安全可靠性，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，我們通過(guò)在施工階段對(duì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位（結(jié)構(gòu)的平動(dòng)位移、層高變化、整體傾斜以及重要桿件的應(yīng)力應(yīng)變等）進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行預(yù)警。通過(guò)施工仿真分析，建立各工況下的結(jié)構(gòu)變化模型，以明確結(jié)構(gòu)的變形趨勢(shì)和變形具體量值，為施工預(yù)設(shè)調(diào)整值進(jìn)行變形控制提供合理依據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，改善施工工藝，提高工程建設(shè)水平，確保質(zhì)量。

施工監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)為：從地下到地上、從施工到安裝等各個(gè)施工階段，對(duì)塔樓的平動(dòng)位移、各種荷載、結(jié)構(gòu)豎向壓縮變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化等進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)以便提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工控制及安裝等提供施工依據(jù)。

4.2 典型構(gòu)件施工技術(shù)

4.2.1 地下“王”字形鋼骨梁施工技術(shù)

本工程鋼骨梁埋設(shè)在大底板內(nèi)，總長(zhǎng)達(dá)87.1 m，總重約91 t，須在大底板鋼筋綁扎的同時(shí)進(jìn)行安裝，但由于其位置特殊，大部分處于基坑圍護(hù)支撐下方，無(wú)法通過(guò)吊機(jī)一次性安裝就位，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及鋼骨梁的具體分布位置，采用1臺(tái)100 t汽車(chē)吊進(jìn)行分段吊裝。對(duì)于被基坑圍護(hù)支撐遮擋的部分采用“分段吊裝＋分段滑移”的施工方法，對(duì)于未被基坑圍護(hù)支撐遮擋的部分則采用汽車(chē)吊直接吊裝就位。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，配備1臺(tái)100 t汽車(chē)吊位于基坑棧橋上吊裝鋼骨梁，考慮到基坑棧橋的安全，汽車(chē)吊支腿位置設(shè)置在軸間棧橋大梁上方，支腿下方鋪設(shè)0.3 m×1.8 m×9.0 m鋼路基箱，汽車(chē)吊吊裝作業(yè)產(chǎn)生的荷載由路基箱傳遞給混凝土梁及格構(gòu)柱（圖8）。

圖8 鋼骨梁現(xiàn)場(chǎng)安裝

4.2.2 首層箱形梁施工技術(shù)

C軸線上的首層箱形梁由于鋼梁跨度大、質(zhì)量較大，中間無(wú)支撐結(jié)構(gòu)，故根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和配備的機(jī)械設(shè)備以及吊裝半徑，將首層箱形鋼梁進(jìn)行分段，并在梁下端面設(shè)置臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐從大底板面開(kāi)始設(shè)置，為不影響地下2層樓板施工，臨時(shí)支架分別設(shè)置于樓層梁H型梁下方，通過(guò)H型鋼梁將上部受力傳遞到大底板上。

臨時(shí)支撐采用獨(dú)立鋼管柱，支撐截面尺寸為φ450 mm×20 mm。每段箱形梁安裝就位后隨即安裝與其相連的H型鋼梁，形成一個(gè)穩(wěn)定的空間體系。在安裝地上部分前庭結(jié)構(gòu)中的“人”字形框架柱時(shí)，臨時(shí)支撐也作為首層箱形梁的加固支撐（圖9）。

圖9 箱形梁現(xiàn)場(chǎng)安裝布置

4.2.3 鑄鋼節(jié)點(diǎn)吊裝＋滑移施工技術(shù)

本工程首層鑄鋼節(jié)點(diǎn)ZG-01和ZG-04為超重構(gòu)件（單件重達(dá)88 t），塔吊無(wú)法吊裝，擬采取吊裝＋滑移相結(jié)合的方法進(jìn)行安裝。通過(guò)大底板上搭設(shè)的支架及設(shè)置的滑移軌道，將2件超重鑄鋼節(jié)點(diǎn)分別采用1臺(tái)550 t汽車(chē)吊吊裝至滑移軌道上，并通過(guò)牽引將鑄鋼節(jié)點(diǎn)滑移至安裝位置就位。

4.2.4 前庭“人”字形框架構(gòu)件安裝技術(shù)

前庭7層以下為“人”字形框架柱，跨度達(dá)72 m，跨中高度逾30 m，框架柱上下口兩端均與鑄鋼件節(jié)點(diǎn)連接，由于柱呈傾斜狀態(tài)且無(wú)任何支撐體系，同時(shí)質(zhì)量又大，無(wú)法進(jìn)行整體吊裝，僅能采取分段安裝，因此在安裝過(guò)程中必須搭設(shè)臨時(shí)支撐來(lái)穩(wěn)定。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每個(gè)分段位置需搭設(shè)一組臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐設(shè)置于首層梁上，采用獨(dú)立鋼管柱和格構(gòu)柱2種形式（圖10）。

圖10 前庭“人”字形框架構(gòu)件安裝布置

4.2.5 斜框架柱安裝技術(shù)

斜鋼柱就位后為傾斜狀態(tài)，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，按傾斜狀態(tài)劃分為2種，第1種為單向傾斜，第2種為雙向傾斜，按其傾斜重心位置與結(jié)構(gòu)所處的位置，又分為結(jié)構(gòu)內(nèi)傾斜和結(jié)構(gòu)外傾斜2種形式。

對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)傾斜鋼柱，全部通過(guò)設(shè)置臨時(shí)支撐對(duì)柱進(jìn)行支撐穩(wěn)定，斜鋼柱的下端通過(guò)在鋼柱對(duì)接處設(shè)置臨時(shí)連接耳板及卡碼來(lái)固定，斜鋼柱安裝后，安裝與鋼柱相對(duì)應(yīng)的鋼梁，使其形成一個(gè)穩(wěn)定單元體。

對(duì)于結(jié)構(gòu)外傾斜鋼柱，由于無(wú)法搭設(shè)臨時(shí)支撐，故斜柱安裝時(shí)，斜鋼柱的下端通過(guò)在鋼柱對(duì)接處設(shè)置臨時(shí)連接耳板及卡碼來(lái)固定，上端則采用手拉葫蘆在傾斜向的相反方向進(jìn)行定位穩(wěn)定，在斜柱調(diào)整時(shí)起調(diào)節(jié)作用。

4.3 傾斜鋼柱測(cè)量定位技術(shù)

本工程于7層處發(fā)生收腰變化，使得7層以下外框柱呈內(nèi)傾斜狀態(tài)，即內(nèi)傾斜鋼柱（是指其水平投影未超出其下部相鄰樓層范圍的斜鋼柱）；7層以上外框柱呈外傾斜狀態(tài)，即外傾斜鋼柱（是指其水平投影已超出其下部相鄰樓層范圍的斜鋼柱）。

外傾斜鋼柱的測(cè)量定位不同于內(nèi)傾斜鋼柱，內(nèi)傾斜鋼柱在安裝過(guò)程中可通過(guò)在底部樓層鋼梁上加設(shè)剛性支撐來(lái)輔助該鋼柱的測(cè)量定位和臨時(shí)性固定，且在自重作用下，內(nèi)傾斜鋼柱沿傾斜方向的后續(xù)變形較?。煌鈨A斜鋼柱在安裝過(guò)程中可通過(guò)“手拉葫蘆＋鋼絲繩”相結(jié)合的方式來(lái)輔助該鋼柱的測(cè)量定位和臨時(shí)性固定（手拉葫蘆的作用為在測(cè)量定位過(guò)程中對(duì)斜鋼柱進(jìn)行微調(diào)），但因鋼絲繩呈柔性，在斜鋼柱自重作用下，外傾斜鋼柱的后續(xù)變形較大，故在測(cè)量定位過(guò)程中還需根據(jù)預(yù)先計(jì)算的后續(xù)變形值對(duì)其進(jìn)行預(yù)偏處理。

為減小斜鋼柱校正的工作量，預(yù)先找出斜鋼柱的重心，并根據(jù)此重心在斜鋼柱上設(shè)置斜吊吊耳，確保斜鋼柱起吊角度接近理論傾斜角度；根據(jù)業(yè)主提供的坐標(biāo)點(diǎn)，引出儀器架設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)；斜鋼柱吊裝就位后其下端用普通安裝螺栓通過(guò)連接板固定上下耳板，上端通過(guò)鋼絲繩＋手拉葫蘆與鋼梁上翼緣預(yù)設(shè)耳板進(jìn)行拉結(jié)固定；斜鋼柱在校正時(shí)，其下端通過(guò)起落吊鉤并用撬棍調(diào)整柱間間隙，對(duì)于錯(cuò)邊及扭轉(zhuǎn)可通過(guò)千斤頂進(jìn)行調(diào)整；斜鋼柱的上端主要通過(guò)手拉葫蘆微調(diào)，微調(diào)時(shí)要確保與測(cè)量工作的同步性。測(cè)量時(shí)選取2個(gè)邊中點(diǎn)，并分別放置棱鏡片，將邊中點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)與理論坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。另外，考慮到鋼絲繩＋手拉葫蘆定位的斜鋼柱后續(xù)變形大的特點(diǎn)，斜鋼柱在校正時(shí)需沿后續(xù)變形方向的反方向進(jìn)行預(yù)偏，預(yù)偏值為（a＋2） mm，其中，a為后續(xù)變形計(jì)算值。

5 結(jié)語(yǔ)

中信銀行杭州分行新建金融辦公用房工程為巨型鋼結(jié)構(gòu)體系，施工過(guò)程具有顯著的特點(diǎn)和難點(diǎn)。類(lèi)似工程結(jié)構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)在施工前期合理地分析出工程結(jié)構(gòu)的重難點(diǎn)，采用有限元軟件分析結(jié)構(gòu)的變形，并采取有效的變形控制措施和監(jiān)測(cè)措施，使結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中處于安全可靠的狀態(tài)。對(duì)于典型構(gòu)件，應(yīng)該通過(guò)不同的吊裝方式、施工方法進(jìn)行組合吊裝和安裝施工，從而有效地解決施工進(jìn)度、質(zhì)量等問(wèn)題，確保工程進(jìn)展順利。