复杂异形钢结构的施工技术

1.工程概况

1.1项目整体概况

南京科技创业商务中心项目（见图1）位于南京市江宁区双龙大道和秣周路交界处，是集商业、休闲娱乐于一体、地铁站沿线为特色艺术商业综合体。本项目地下2层，地上4层，总建筑面积184687㎡,其中地上建筑面积85083㎡，地下建筑面积99604㎡，地下2层地下停车库，地下1层至3层为商业，4层为餐饮娱乐，屋顶为空中花园，项目整体造型优美，风格特别，颇具艺术气息。地下1层连通地铁3号线秣周东路站，交通便利。

图1  项目整体效果图

1.2异形钢结构概况

砂之船项目总体分为东区和西区，中间连接部位由于结构形式比较复杂，设计采用钢结构，钢结构主要由1个扇形钢结构和1个圆型钢结构组成（见图2所示），圆形和扇形钢结构三维图见图3所示。钢结构总共4个楼层面，安装高度约23m。圆形钢结构主钢梁尺寸箱850×350×20mm，钢柱尺寸为Φ600×25mm，扇形钢结构主钢梁尺寸为H1100×400×18×25mm，钢柱尺寸为Φ650×40mm，材质为Q345B。基础与钢结构采用M30锚栓进行连接。楼面采用YX51-305-914钢楼承板，钢板厚度1.2mm，组合楼板厚度100mm，混凝土强度C30，栓钉型号Φ19×80mm。

图2 圆形和扇形钢结构位置图

图3  圆形和扇形钢结构三维图

2.吊车及吊点的选用

2.1圆形钢结构

1 部分构件信息

2 吊车及吊点选择

吊车的选用考虑最重构件的极限吊装工况,拟采用65T汽车吊吊装钢柱及除去采光顶外所有各吊装层主构件，对于各层次构件采用25T汽车吊吊装。吊装半径14米（见图4所示），典型构件GKL1-1重7.5T，根据各型号吊车性能表，65T汽车吊满足要求，对于稍远处的两根钢柱（采用分段做法，重量为构件表重一半）也能满足吊装要求，吊车工况如下表所示。

图3  圆形钢结构吊点位置图

3 钢丝绳选择

根据吊装构件信息表，钢梁梁重为7.5T,重力为75KN，取4倍的吊装安全余量，得到钢丝绳的破断拉力为300KN，采用双股钢丝绳吊装，拉力为现在的一半即150KN,查取规范GB8918，选用6*19，抗拉强度选最小的1570级别的纤维芯钢丝绳,可以得到Φ18的钢丝绳可以满足要求。

2.2扇形钢结构

1 部分构件信息

2 吊车及吊点选择

吊车的选用考虑最重构件的极限吊装工况,拟采用25T汽车吊吊装扇形钢结构构件，25t汽车吊工况图如下表所示。扇形结构钢柱共10根，吊装钢柱是考虑极限吊装情况即BGZ1-5钢柱最重为11T，考虑主臂最长，吊装半径最大可达到4.5米半径，由于吊装区域为空旷平面（云线所示区域），故吊车站位可达到最优吊装工况（下图圆4.5米半径区域），扇形结构钢柱吊装见图4所示。

图4  扇形钢结构钢柱吊点示意图

吊装梁构件时采用分步骤吊装工序，同样考虑极限吊装情况，即余下构件最重为5.5T，当吊重5.5T，吊臂最长时，吊装半径为10米，同样满足吊装要求。具体见图5所示。

图5  扇形钢结构钢梁吊点示意图

3 钢丝绳的选用

根据吊装构件信息表，钢梁梁重为11T,重力为110KN，取4倍的吊装安全余量，得到钢丝绳的破断拉力为440KN，采用双股钢丝绳吊装，拉力为现在的一半即220KN,查取规范GB8918，选用6*19，抗拉强度选最小的1570级别的纤维芯钢丝绳,可以得到Φ22的钢丝绳可以满足要求。

3.钢结构图纸深化及加工

圆形和扇形钢结构施工前首先要进行图纸深化，深化图要准确体现出每个构件的详细信息，深化图必须经过设计院的确认，局部深化图见图6所示。

图6  圆形和扇形钢结构局部深化图

构件深化图设计完成后进行加工，部分加工完成构件如图7所示。构件加工完成后进行预拼装，应在平整的平台上对典型的构件做好预装工作，并对预装过程中发现的误差或存在的问题进行校正，合格后方可进入下一道工序。高强度螺栓连接件预拼装时，可使用冲击定位和临时螺栓紧固。试装螺栓在一组孔内不得少于螺栓孔30%，且不少于2只。冲钉数不得多于临时螺栓的1/3。预装检验合格后，对各接口及构件号进行标识，绘制出厂排版图，随构件资料与构件同时运往施工现场，以便现场原样拼装。

图7  工厂加工局部构件图

3.钢结构施工

3.1地脚螺栓施工

钢结构地脚螺栓采用M30锚栓，大样见图8所示。

图8 锚栓大样图

地脚螺栓在施工过程中主要有以下控制要点：

1）地脚螺栓模板定位：在钢模板上用油性漆笔画出定位十字线与柱子的定位轴线重合，点焊固定。

2）地脚螺栓的安装：地脚螺栓从钢套模下面的孔往上穿进钢套模，插入孔之后即用螺母固定。

3）地脚螺栓标高控制：由于地脚螺栓标高正确与否影响上部结构的标高，因此其标高的测量基准必须与土建初始基准统一。

4）使用全站仪对地脚螺栓位置复测：使用现场土建轴线对地脚螺栓定位，考虑到现场土建轴线的本身的定位误差以及定位不准确对上部结构带来的不良影响，现场施工时在地脚螺栓定位完成后将使用全站仪对地脚螺栓定位位置进行复测。

5）地脚螺栓的固定：地脚螺栓复测定位准确以后即需要对其进行点焊加固，确保混凝土施工振动器的震动不会使地脚螺栓产生位移，首先利用现场剩余Φ20钢筋将每组螺栓的各螺杆间相互连接焊接固定，在焊接前应用水平靠尺检测螺杆的垂直度，尽可能使螺杆处于垂直状态。

6）地脚螺栓浇筑前的保护：点焊固定完成、撤去钢套模后需要对地脚螺栓螺纹部分采取保护措施，避免因混凝土浇筑污染螺纹，保护采用塑料薄膜包裹螺纹部分。

3.2圆形钢结构吊装

先吊装主钢柱（分段钢柱先吊装下分段，必要时使用揽风绳加手拉葫芦固定，待固定牢靠后吊装上层钢柱，焊接牢固，见图10所示。当柱钢柱吊装结束后吊装第一层构件，构件吊装时先吊装框架梁，螺栓固定，点焊牢固后吊装次梁。当第一层构件吊装结束后安装第二层构件，构件吊装时先吊装框架梁，螺栓固定，点焊牢固后吊装次梁。 当第二层构件吊装结束后安装第三层构件，构件吊装时先吊装框架梁，螺栓固定，点焊牢固后吊装次梁。当各层构件吊装结束后安装采光顶构件，采光顶构件吊装时先吊装框架梁，点焊牢固后吊装次梁，见图11所示。圆形钢结构吊装工况见图9所示。

图9 圆形钢结构吊装工况图

图10  圆形钢结构钢柱吊装

图11  圆形钢结构钢梁吊装

3.3扇形钢结构吊装

先吊装主钢柱（分段钢柱先吊装下分段，必要时使用揽风绳加手拉葫芦固定，待固定牢靠后吊装上层钢柱，焊接牢固，见图12所示。钢柱吊装完成，固定牢固后吊装左半边区域内各层构件，吊装顺序为先吊装框架梁，螺栓固定，点焊牢固后吊装次梁。待左边构件吊装结束后按同样的吊装顺序吊装右边的构件，见图13所示。待左右两边构件吊装结束后按同样的吊装顺序安装扇形结构内弧区域的构件。待扇形内弧区域构件吊装结束后按同样的吊装顺序安装扇形结构中弧区域的构件。待扇形中弧区域构件吊装结束后按同样的吊装顺序安装扇形结构外弧区域的构件。扇形钢结构吊装工况见图14所示。

图12  扇形钢结构钢柱吊装

图13  扇形钢结构钢梁吊装

图14 扇形钢结构吊装工况图

3.4构件连接

钢柱与基础采用M30的锚栓进行连接，钢柱与钢柱之间采用焊接的方式进行连接，钢梁与钢柱之间采用M20高强螺栓组进行连接（见图15所示），钢梁与钢梁之间采用M20高强螺栓和焊接连接。现场坡口熔透焊按二级焊缝要求，角焊缝按照三级焊缝要求，焊缝均要求等强焊接。高强螺栓拧紧先临时螺栓固定，然后校正钢柱或钢梁并预留偏差值，紧固临时螺栓，冲孔，检查缝隙，然后进行初拧，按紧固顺序，采用转角法作出标记，最后进行终拧。

图15 钢柱与钢梁局部连接大样

3.5楼面施工

楼面采用1.2厚钢楼层板，组合楼板厚度为100mm，栓钉采用Φ18×80mm，栓钉间距为250mm。楼板配筋压型槽内为2Φ10，分布筋Φ6@500，面筋为双层双向Φ10@150（见图16所示），楼板混凝土为C30。在栓钉施工前先在压型上弹出钢梁位置，以便定位准确。

图16 楼板配筋及现场施工图

3.6其他注意事项

1）汽车吊吊点因为在地下室顶板上，必须经过计算，吊点位置要进行加固，汽车吊支点处垫钢板以扩大受力面。

2）所有构件要进行防腐蚀和防火处理，防腐涂料分层涂刷。防火涂料分底漆、中间漆和面漆，超薄型和薄型防火涂层与防腐涂层之间的附着力应大于1MPa，防火涂料的性能、涂层厚度及质量要求应符合规范要求，钢柱耐火时限为2h，钢梁耐火时限为1.5h。

3）压型钢板下方要搭设支撑，确保楼面整体稳定，浇筑混凝土时不要堆积过高，混凝土要及时铺开。

4）扇形和圆形钢结构施工的同时观光电梯及楼梯钢结构同步跟进。

5）钢结构焊接作业时要做好相关的防火措施，到项目部安全部门开取动火证。

6）钢结构作业大部分都是高空作业，作业前先进行技术交底，然后配备安全帽和安全带，高空作业时派专人安全员全程跟踪。在主梁上焊接防护栏杆作为临时行走通道（见图17所示）。

图17 临时行走通道