揭秘广州“铜钱大楼”钢结构工程节点优化和施工安装

第一篇节点优化

一、工程概况

广州圆建筑外形呈立放的巨型玉璧，外径146.6m，内径47m，宽28.8m，总高度138m。其中本工程最大悬挑长度22m。地下2层（地下室底板面标高-9.0m），地上33层，总建筑面积约106491m2。

结构形式为钢支撑框架+钢筋混凝土核心筒混合结构，由核心筒、外斜撑框架、转换桁架和外伸刚臂、内钢框架和钢梁+混凝土组合楼盖等组成，前三者构成了本工程主要受力结构。通过转换桁架吊挂或支撑楼层结构，伸臂桁架联系核心筒和外斜撑框架，增加整体抗侧刚度。

外斜撑框架共两榀，布置在结构南北两侧，立面投影大致成圆环且左右对称；由框架柱、钢斜撑和外环梁、内环梁、水平梁组成，框架柱为方钢管混凝土柱，截面尺寸为日1400x600x14～日1400x800x35、□600x35等；钢斜撑采用箱型截面尺寸为□1400x500x50、□500x500x8～35；水平梁截面尺寸为□500x500x8～25；内环梁和外环梁均为□1000x500x12。钢材材质为Q345B，壁厚≥40mm为Q345GJC。

复杂节点由上述构件汇交而成，主要有18种，根据构造相似归类为四类。

原设计方案：

（1）节点内部劲板密集，正斜、交错的布置形式，形成的内部多腔体、小夹角腔体，现场混凝土浇筑难密实。

（2）节点翼板X、Y形的蝶形板构造，需整板下料，材料利用率低。在实施过程中我们对每类节点均作相关的节点优化工作，遵循“充分理解原设计意图，保证节点的承载力，满足工厂制作和现场施工的工艺性要求的原则，并合理降低工程建造成本，实现一定的经济性”的原则，并且利用有限元进行受力比较。下面例出较有代表性的ABM类节点，以供大家参考。

二、节点优化

A类节点优化思路：

（1）该节点四根斜撑杆件受力较小，把斜支撑在节点中的斜向劲板改为水平劲板，主要受力通过钢柱传递；

（2）节点在斜撑杆件翼缘板位置设置有一道竖向加劲板，该加劲板与钢柱中间竖向构造劲板间隔仅100mm，考虑到钢柱中间竖向板为构造劲板，节点区域加劲板较多，故取消钢柱中间竖向构造劲板；

（3）通过简化内部构造，节点内板件均满足焊缝可达性，且可以满足节点灌浆密实。

B类节点优化思路：

（1）该节点两根大斜撑杆件受力较大，钢柱无法直接承受斜撑杆上的力。为让上部斜撑杆上的力能直接而有效的传递到下部斜撑杆上，在斜撑杆及竖向钢柱中增加两道50mm厚竖向劲板，斜撑杆上的力由增加的竖向加劲板有效的传递到下部构件上；

（2）取消斜撑杆在钢柱中的加劲板，仅保留水平杆件在节点中的水平加劲板，保证水平钢梁水平方向力有效传递下满足现场灌浆施工；

（3）取消X型蝶形整板，减少工厂下料损失；

（4）保证结构安全前提下通过改变及简化内部构造，使节点内加劲板件均满足焊缝要求，且可以满足节点灌浆密实。

M类节点优化思路：

（1）该节点受力较小且主要受压，为保证主体斜支撑杆有效传力，在X型交叉节点中采用竖板传递斜支撑所受的力；

（2）把X型节点与钢柱连接的箱型连接杆的加劲板作为主要传力板件，斜支撑的腹板与之相贯，并在相交位置增设一块水平劲板传递水平力；

（3）竖向劲板把节点的X型蝶形整板分开为两块K型整板，减少工厂下料损耗；

（4）保证传力合理有效的前提下，简化结构形式，保证板件焊接可达性并减少焊缝重叠，从而减少应力集中。

三、感悟

（1）结构设计过程中，通常优先考虑结构受力传递的直接性，因此在很多工程中，常常遇到非标准图集的焊接节点，内部构造复杂，存在现场施工不便利、工厂加工难度大甚至无法加工的情况。此种情况，工程招投标过程及施工过程，需要施工方和设计方多次沟通解决，有时因侧重点的不同而难以达成合理的解决，对工程进度和成本控制会产生不利。

（2）如果采取现流行的EPC模式，施工方+设计方作为联合体介入工程，有利于整个项目的统筹规划和协同运作，可以有效解决设计与施工的衔接问题、减少采购与施工的中间环节，顺利解决施工方案中的实用性、技术性、安全性之间的矛盾，并有利于业主投资与工期的控制。

第二篇施工安装

上文给大家介绍了广州圆复杂节点的优化过程，但小Z认为广州圆钢结构安装更加有挑战，更加有新意。下面我将为大家介绍安装方案的思考过程。

一、项目结构概述

钢结构安装与混凝土结构最大的不同，就是你要更加深入的了解结构的受力特点，初识大圆环，我会想到正放的玉璧，抛开复杂的结构体系设计，结构立面分为4个区，2区（两侧悬挑）和4区（大洞上方）在设计和施工阶段是重点考虑的部位。

在确定安装方案前，我们先来了解下结构工程师是如何解决2，4区竖向荷载传递及结构整体的抗侧力问题。

竖向构件由两片外斜撑框架和两个核心筒组成。通过转换桁架和伸臂桁架连成一体，形成抗侧力体系。结构工程师非常巧妙的将外立面幕墙与结构杆件形成高度统一。

普通楼层荷载通过楼层钢梁外递给外斜撑框架及核心筒。两侧外悬挑楼层荷载通过斜拉钢梁传递到外斜撑桁架。简言之，结构有两层即外斜撑框架层和内钢框架层，与一般的高层结构非常大的不同。

外斜撑桁架截面以BOX截面为主，楼层梁以H型截面为主。

上文介绍的节点优化思路，对照轴力图就可知B节点最为重要。这也是节点设计需要参照受力简图的原因。

二、安装概述

根据上述的2，4分区，将其命名为大洞上方结构和外悬结构。外斜撑框架采用无支撑接装法，吊装框架结构（内框架）采用吊挂结构正装法。

外悬挑斜撑框架接装法

外悬挑结构（内框架）吊挂结构正装法

大洞上方斜撑框架

大洞上方结构（内框架）

大圆拱上部结构的受力中心为转换桁架（IT-2），它起着承上启下的作用。

转换桁架安装时需设置临时桁架，下部的吊挂结构顺作法。结构合拢后进行临时桁架的卸载拆除，先卸载24层的临时桁架再完成22层临时桁架的卸载。在卸载前将每跨的跨中用钢丝绳与转换桁架梁拉结，每点的拉力控制在50KN左右，使桁架下弦杆基本处于无应力状态进行卸载。桁架拆除完成后再缓慢地同步释放每点的索拉力形成吊挂结构。