大跨度竖向空间叠合结构施工方案比选

1 工程概况

浙江省全民健身中心工程地下3层，地上11层，总建筑面积19.7万m²。结构高度为63.63 m，采用钢框架+钢桁架+板带式核心筒结构体系。

板带式核心筒将工程分成A区、B区和C区，其中B区9层及以下采用钢桁架，9层以上采用钢框架，B区钢结构三维模型如图1所示。3层、5层、7层、9层共4层桁架空间叠合，呈纵向布置，桁架两端与钢柱和板带式核心筒相，桁架跨度达到54 m，高度达到8.35 m，最重一榀桁架为3层3HJ2，重量约为170 t，9层桁架结构重量达到1 200 t，7层桁架和5层桁架均为950 t，3层桁架为1 000 t，桁架采用箱形杆件，材质均为Q390C。

2 工程特点难点

大空间竖向叠合建筑的钢构件尺寸大、重量重，钢构件运输与堆放要求高，对吊装用的机械设备的性能要求很高。工程地处市中心繁华地段，场地极其狭小，仅北侧场地可布置大型钢构件堆场，给大型机械化作业带来挑战。工期紧张，B区的结构施工工期仅为80 d。

如何在有限的场地内确保大型钢构件的顺利施工，使后期施工的B区与先行施工的A区、C区同步完成结构施工，并确保良好的经济效益是工程的一个难点。

3 施工方案比选

根据工程特点，与桁架两端相连的钢柱先按常规方法施工，然后施工叠成桁架区，本研究主要针对叠层桁架区的施工方案进行比选。

3.1 原位拼装方案

采用高空原位散拼或高空原位单元安装技术（即分段吊装高空拼装）等拼装方案时，竖向叠合空间多层大跨度桁架给施工带来了挑战，除首道桁架以外的其他上部桁架施工时，汽车式起重机或履带式起重机跨内吊装不具备条件、跨外吊装时易卡杆，必须采用大型塔式起重机进行吊装施工，需满足吊重和吊幅要求，并且各塔式起重机间满足安全距离等。

本工程现有的1 100 t·m和800 t·m超大型塔式起重机租赁费用昂贵，是普通塔式起重机的十余倍。采用高空散拼或分段吊装时，支撑胎架的投入量大，高空工作量大，焊接工作量大，施工质量控制难度大，施工效率低，施工周期长。现场场地紧张，吊装速度慢，安全风险高。

3.2 正向逐榀提升桁架+最上部3层框架原位拼装

正向逐榀提升桁架工艺成熟，单榀桁架重量轻，提升设备要求相对较低。桁架完成后吊装施工型钢次梁，最后吊装压型钢板和钢筋桁架，需要大型塔式起重机配合施工，施工速度一般，高空焊接质量控制难度大、安全风险高。需要每层设置桁架楼面拼装胎架，成本增加。

9层桁架施工完成后，再采用大型塔式起重机配合施工9层型钢次梁和9层以上钢结构框架。整体施工速度较慢，工期长。

3.3 分层正向整体提升+最上部3层框架原位拼装

从下往上分层正向整体提升桁架层。首先，在地面拼装3层桁架结构，包括3层型钢次梁、压型钢板和钢筋桁架；然后整层提升到设计标高，再与两边钢柱连接；接着依次提升5层桁架层、7层桁架层、9层桁架层，最后采用大型塔式起重机吊装施工9层以上钢结构框架。

需要每层设置桁架胎架，分层整体技术要求较高，桁架施工速度较快。9层以上钢结构框架需要超大型塔式起重机进行吊装，钢结构框架施工速度慢。因此整体施工速度较慢。

3.4 分层逆向整体提升+最上部3层框架原位拼装

从上往下分层逆向整体提升桁架层，包括型钢桁架和型钢次梁。首先，在地面拼装9层桁架结构，然后整层提升到设计标高，再与两边钢柱连接；接着依次地面拼装和提升7层桁架层、5层桁架层、3层桁架层，同时采用大型塔式起重机吊装施工9层以上钢结构框架。

桁架层投影面积下的地下室可作为良好的拼装条件和支撑条件，在10层框架结构上设置提升架和提升设备，可供9层、7层、5层、3层的桁架层多次提升使用。在地下室顶板上设置桁架地面拼装的胎架，桁架施工速度快。9层以上钢结构框架需要超大型塔式起重机进行吊装，钢结构框架施工速度较快。

3.5 分层逆向整体提升+最上部3层框架随桁架提升

各层桁架层空间叠合，除桁架两端钢柱外9层以下没有钢柱，且各层平面规整，适合分层地面拼装、分层逆向整体提升。

先采用100 t汽车式起重机在地下室顶板上进行地面拼装，然后分层整体提升。首先，在地面拼装9层桁架和9层以上框架并提升；接着在地面拼装7层桁架，然后提升7层桁架；再在地面拼装5层桁架，然后提升5层桁架；最后在地面拼装3层桁架，然后提升3层桁架。

在地下室顶板上设置桁架地面拼装的胎架，9层桁架层和9层以上框架一起整体提升，施工速度快，在地面完成大量焊接工作，质量易保证，安全风险低。需要解决提升状态框架结构的变形和应力控制问题，受力复杂，技术要求高。

由于先拼装9层桁架再拼装9层以上框架，吊装9层以上框架时的吊装幅度较大，需要较大型的汽车式起重机，成本相对提高。

9层以上框架在地面拼装，属于关键工序，与“分层逆向整体提升+最上部3层框架原位拼装”方案相比，工期更长。

3.6 地面叠合拼装+分层逆向整体提升

在地下室顶板上提前进行3层、5层、7层、9层桁架层的地面拼装工作，包括桁架层的型钢次梁、压型钢板与钢筋桁架，先拼装3层，接着拼装5层，再拼装7层，最后拼装9层，4个桁架层叠合拼装。

桁架地面叠合拼装完后以后，分层逆向整体提升，先提升9层，然后提升7层，再提升5层，最后提升3层。9层提升完成以后可以同步施工9~11层的框架结构。

桁架两侧钢结构施工到6层即可进行桁架层的地面叠合拼装工作，等两侧钢结构框架结顶时，地面叠合拼装工作同步完成，为桁架层分层整体提升工作创造了良好的条件，大幅缩短了施工工期。

3.7 方案确定

对6种施工方案优缺点进行对比，见表1。

表1　竖向空间叠合桁架及上部钢框架施工方案

方案6，即“地面叠合拼装+分层逆向整体提升”方案，虽然工期最短，速度最快，但是进行地面叠合拼装工作时，工程尚处于全面结构施工阶段，影响C区与A区的材料布置与车辆交通，且需对地下室进行全面加固。因此，根据本项目的场地条件、结构特点、工期要求、机械设备和技术力量，决定采用方案4，即采用“分层逆向整体提升+最上部3层框架原位拼装”方案，整体提升9层桁架结构以后，以9层结构为界面同时进行往上往下的作业，从下往上原位拼装9层以上钢框架，从上往下分层整体提升9层以下各层桁架结构。

4 结束语

根据结构特点、场地条件和工期要求，对6种施工方案从质量、安全、进度、经济效益等方面进行对比分析，对于叠层桁架区采用“分层逆向整体提升+最上部3层框架原位拼装”方案，经济与社会效益明显。