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（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，以地铁站沿线为特色的艺术商业综合体。

图1 项目整体效果

本项目地下2层，地上4层，总建筑面积184 687 ㎡,其中地上建筑面积85 083 ㎡，地下建筑面积99 604㎡，地下2层为地下停车库，地下1层至3层为商业区，4层为餐饮娱乐区，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。

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（图2），圆形和扇形钢结构三维图如图3所示。钢结构总共有4个楼层面，安装高度约23 m。圆形钢结构主钢梁尺寸为850 mm×350 mm×20 mm，钢柱尺寸为600×25mm，扇形钢结构主钢梁尺寸为H1100 mm×400 mm×18 mm×25mm，钢柱尺寸为650×40 mm，材质为Q345B。基础与钢结构之间采用M30锚栓进行连接。楼面采用YX51-305-914钢楼承板，钢板厚1.2 mm，组合楼板厚100 mm，混凝土强度为C30，栓钉型号为19×80 mm。

图2 圆形和扇形钢结构位置

（a）

（b）

图3 圆形和扇形钢结构三维示意

（a）示意1；（b）示意2

2 吊车及吊点选用

2.1 圆形钢结构

（1）吊车及吊点选择。吊车选用考虑最重构件的极限吊装工况，拟采用65 t汽车式起重机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25 t汽车式起重机吊装。吊装半径14 m（图4），典型构件GKL1-1重7.5 t，根据各型号吊车性能表，65 t汽车式起重机满足要求，对于稍远处的2根钢柱（采用分段做法，重量为构件表重1/2）也能满足吊装要求。

图4 圆形钢结构吊点位置

（2）钢丝绳选择，根据吊装构件信息表，钢梁梁重为7.5 t，重力为75 kN，取4倍的吊装安全余量，得到钢丝绳的破断拉力为300 kN，采用双股钢丝绳吊装，拉力为现在的1/2即150 kN，查取GB 8918—2006《重要用途钢丝绳》，选用6×19，抗拉强度选最小的1 570级别的纤维芯钢丝绳，可得18钢丝绳可以满足要求。

2.2 扇形钢结构

（1）吊车及吊点选择。吊车选用考虑最重构件的极限吊装工况，拟采用25 t汽车式起重机吊装扇形钢结构构件。扇形结构钢柱共10根，吊装钢柱考虑极限吊装情况即BGZ1-5钢柱最重为11 t，考虑主臂最长，吊装半径最大可达到4.5 m，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（图5圆4.5 m半径区域），扇形结构钢柱吊装如图5所示。

图5 扇形钢结构钢柱吊点

吊装梁构件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5.5 t，当吊重5.5 t，吊臂最长时，吊装半径为10 m，同样满足吊装要求，具体做法如图6所示。

图6 扇形钢结构钢梁吊点

（2）钢丝绳的选用。根据吊装构件信息表，钢梁梁重为11 t，重力为110 kN，取4倍的吊装安全余量，得到钢丝绳的破断拉力为440 kN，采用双股钢丝绳吊装，拉力为现在的一半即220 kN，查取GB 8918—2006《重要用途钢丝绳》，选用6×19，抗拉强度选最小的1 570级别的纤维芯钢丝绳，可得22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设计，深化设计图要准确体现每个构件的详细信息，深化设计图必须经过设计院确认，局部深化设计如图7所示。

（a）（b）

图7 圆形和扇形钢结构局部深化示意

（a）示意1；（b）示意2

构件深化设计图完成后进行加工，部分加工完成构件如图8所示。构件加工完成后进行预拼装，应在平整平台上对典型构件做好预装工作，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8 工厂加工局部构件

4 钢结构施工

4.1 地脚螺栓施工

钢结构地脚螺栓采用M30锚栓，大样如图9所示。

图9 锚栓大样

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的定位轴线重合，点焊固定。

（2）地脚螺栓安装：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：由于地脚螺栓标高影响上部结构的标高，因此其标高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）地脚螺栓固定：地脚螺栓复测定位准确后即需对其进行点焊加固，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20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，撤去钢套模后需对地脚螺栓螺纹部分采取保护措施，采用塑料薄膜包裹螺纹部分，避免因混凝土浇筑污染螺纹。

4.2 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，固定牢靠后吊装上层钢柱，焊接牢固，如图10所示。当主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，吊装采光顶构件时先吊装框架梁，点焊牢固后吊装次梁，如图11所示。

图10 圆形钢结构钢柱吊装

图11 圆形钢结构钢梁吊装

4.3 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，固定牢靠后吊装上层钢柱，焊接牢固（图12）。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构件（图13）。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构件。待扇形内弧区域构件吊装结束后，按同样顺序安装扇形结构中弧区域构件。待扇形中弧区域构件吊装结束后，按同样顺序安装扇形结构外弧区域构件。

图12 扇形钢结构钢柱吊装

图13 扇形钢结构钢梁吊装

4.4 构件连接

连接钢柱与基础采用M30的锚栓，连接钢柱与钢柱采用焊接方式，连接钢梁与钢柱采用M20高强螺栓组（图14），连接钢梁与钢梁采用焊接M20高强螺栓。现场坡口熔透焊按二级焊缝要求，角焊缝按三级焊缝要求，焊缝均要求等强焊接。高强螺栓拧紧须先固定临时螺栓，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。