水晶狀鋼結(jié)構(gòu)與幕墻組合造型的設(shè)計與施工

中建三局股份有限公司（滬） 上海 200129

1 工程概況

蕪湖金融服務(wù)區(qū)位于蕪湖市鳩江區(qū)，占地面積11 萬m2，總建筑面積47 萬m2，工程地下2 層，地下建筑面積為16 萬m2，地上共10 個單體，項目環(huán)境設(shè)計1 條長達(dá)1 000 m水系貫穿項目。項目中心位置設(shè)計為水晶狀鋼結(jié)構(gòu)與幕墻組合造型，項目寓意為“水晶之城”。

“水晶狀”建筑建筑面積為3 900 m2，建筑層數(shù)為2層，采用核心為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外圍采用鋼結(jié)構(gòu)作為骨架，幕墻作為裝飾面層（圖1）。鋼結(jié)構(gòu)位于水晶棱角位置，深化、加工難度大，節(jié)點多、復(fù)雜，精度要求高，單構(gòu)件質(zhì)量達(dá)到10 t，無一構(gòu)件可以單獨承受自身荷載。作為幕墻龍骨用的鋼片規(guī)格為35 mm×420 mm×18 000 mm，剛度差，吊裝難度大。外幕墻為點抓式幕墻，駁接爪焊接在固定于鋼結(jié)構(gòu)的鋼片上，玻璃均為異型高透鋼化夾膠中空玻璃，幕墻龍骨為420 mm×350 mm鋼片，下料及制作均存在較大難度（圖2）。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 鋼結(jié)構(gòu)底部斜鋼柱與基礎(chǔ)連接

鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與混凝土連接位置承受巨大剪力，底部按照圖3做法設(shè)置抗剪件，預(yù)埋后二次灌注C50早強無收縮自流淌混凝土。

圖1 水晶狀建筑鋼結(jié)構(gòu)與幕墻龍骨立面布置

圖2 環(huán)梁處鋼結(jié)構(gòu)與幕墻連接剖面

圖3 斜鋼柱與基礎(chǔ)連接

2.2 鋼結(jié)構(gòu)與環(huán)梁連接

鋼結(jié)構(gòu)梁與柱交接處均為空間斜向交匯，受力復(fù)雜，若采用鑄鋼節(jié)點將需重新開模，深化時根據(jù)梁、柱受力分析情況，于受力較小的位置進(jìn)行分解，節(jié)點單獨制作（圖4）。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)與環(huán)梁連接

圖5 頂部匯交節(jié)點

2.3 頂部匯交節(jié)點

頂部匯交位置為水晶狀8 根棱角交匯位置，受力復(fù)雜，若采用鑄鋼節(jié)點將需重新開模，深化時經(jīng)過反復(fù)受力分析，采用圖5節(jié)點做法進(jìn)行處理。

3 幕墻設(shè)計

（a）上下幕墻龍骨所在的平面（即龍骨的兩側(cè)面所在的平面）均為鉛垂面，龍骨中軸線與玻璃的徑向劃分線在水平面上投影重合。幕墻龍骨上下表面（即橫截面短邊所在面）均與對應(yīng)的外包玻璃面平行，上下表面間距為420 mm，龍骨上（外）表面及腋角與環(huán)梁的交線應(yīng)與環(huán)梁棱線重合。

（b）幕墻上下龍骨與環(huán)梁相交節(jié)點處在龍骨的內(nèi)側(cè)設(shè)加腋，上下龍骨的腋角內(nèi)邊線均與環(huán)梁內(nèi)側(cè)棱線相交、并呈鉛垂線。幕墻龍骨與環(huán)梁相交處的節(jié)點樣式（圖6）。

（c）幕墻龍骨橫向穩(wěn)定索布置應(yīng)按圖7原則。依據(jù)玻璃分割線、在點爪支點位置，隔一拉一（包括上下鉸支座處），每處分別設(shè)置上下2 道拉索。每根拉索與龍骨相交處在龍骨側(cè)面開Φ20 mm的圓形孔，孔中心距龍骨上（下）邊50 mm，孔中心線應(yīng)順著拉索方向。由于拉索與環(huán)梁平行（即均為水平線），而龍骨（除每個玻璃面正中對稱軸處外）與拉索均存在夾角（并非正交），因此在不同的龍骨上，拉索穿孔的中心線方向與龍骨的夾角也不同（同一龍骨上的各孔夾角相同）。

（d）幕墻龍骨橫向穩(wěn)定索（采用不銹鋼拉索）在每個幕墻側(cè)面上連續(xù)穿越龍骨，索兩端通過配套索具固定在主鋼構(gòu)斜柱上，幕墻玻璃安裝前應(yīng)將拉索張緊（張緊力保證拉索繃直即可，不宜過大），同時拉索與龍骨交點處在龍骨兩側(cè)應(yīng)采用專用配套圓形夾片加緊，夾片提供的鎖固力應(yīng)不小于拉索的設(shè)計強度（圖7）。

圖6 相交節(jié)點

圖7 橫向穩(wěn)定索布置

4 鋼結(jié)構(gòu)安裝[1-6]

地下室頂板結(jié)構(gòu)施工時，首先進(jìn)行斜柱螺栓預(yù)埋，然后進(jìn)行底座、抗剪件預(yù)埋，要求精度控制在10 mm以內(nèi)。大環(huán)梁底部幕墻龍骨與地下室頂板采用銷軸連接，亦先進(jìn)行預(yù)埋件施工。

上述鋼結(jié)構(gòu)為異形鋼結(jié)構(gòu)，單個構(gòu)件無法承受自身重量，所有構(gòu)件通過焊接連成整體后方能承受自重?；炷两Y(jié)構(gòu)完成后，實際吊裝過程中采用逆作法，即首先進(jìn)行鉆石頂面匯交節(jié)點的定位、吊裝，逐步完成頂面小環(huán)梁與匯交節(jié)點的焊接工作，然后由上往下完成斜梁、大環(huán)梁及斜柱吊裝工作。斜柱與底座焊接完成后需采取一定支撐或拉結(jié)措施，確保斜柱穩(wěn)定。

5 幕墻安裝

鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成，采用汽車吊首先進(jìn)行大環(huán)梁底部幕墻龍骨吊裝，龍骨底部預(yù)埋件進(jìn)行鉸接，頂面與大環(huán)梁焊接，然后進(jìn)行大環(huán)梁與小環(huán)梁間幕墻龍骨吊裝，小環(huán)梁與頂部匯交節(jié)點間幕墻龍骨可隨時進(jìn)行吊裝。由于幕墻龍骨為鋼片，部分長度達(dá)18 m，側(cè)向剛度低，吊裝過程中應(yīng)注意鋼片彎曲變形。

6 設(shè)計及施工注意事項

6.1 鋼結(jié)構(gòu)基座抗水平向剪力

底部鋼結(jié)構(gòu)柱為斜柱，埋件將承受來自斜柱水平向剪力作用，設(shè)計中應(yīng)考慮增設(shè)抗剪件；為了加強抗剪件與混凝土結(jié)構(gòu)的有效粘結(jié)，現(xiàn)場螺栓、埋件與混凝土結(jié)構(gòu)一次成型，此做法應(yīng)加強埋件定位、放線。

6.2 大環(huán)梁起拱為設(shè)計、施工難點

實施過程中，設(shè)計考慮鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量、鋼片質(zhì)量及幕墻玻璃荷載進(jìn)行了計算，要求起拱80 mm。施工時，嚴(yán)格控制吊裝順序進(jìn)行對稱吊裝，鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成后起拱值回落50 mm，其中西北面最后吊裝的1 根環(huán)梁起拱值回落僅30 mm，施工時通過預(yù)加載沙袋將起拱值回落到50 mm。玻璃安裝完成后通過觀測，發(fā)現(xiàn)環(huán)梁已基本呈水平狀。

6.3 防止鋼片彎曲變形

由于鋼片達(dá)18 m，鋼片厚為36 mm，單根鋼片質(zhì)量達(dá)到2 t，初始吊裝時，僅考慮采用鋼絲繩拴住鋼片中間兩點進(jìn)行吊裝。由于鋼片兩頭懸挑太大，鋼片就位后變形過大，無法確保兩端定位，后采用方鋼作為扁擔(dān)，使得吊點距離端部僅3 m，解決了上述難題。

7 結(jié)語

通過對該工程的設(shè)計方案及施工方法的反復(fù)核算，解決了異型鋼結(jié)構(gòu)受力問題，解決了鋼結(jié)構(gòu)吊裝可能帶來的變形問題，解決了異型鋼結(jié)構(gòu)與幕墻結(jié)構(gòu)的結(jié)合問題，達(dá)到了建筑設(shè)計的“晶瑩透亮”效果，為未來建設(shè)發(fā)展積累了一定經(jīng)驗。