[分享]28根清水混凝土柱,撑起万吨大跨度外悬挑钢结构建筑,国内罕见!

发表于2019-05-19    610人浏览    1人跟帖    总热度:383  

在国内,空中悬挑结构建筑造型,
或许并不稀有,
但是,
用1万多吨钢结构,
将整个单体屋面悬挑出来的建筑
你一定没有见过吧?
今天,
工地君就为大家介绍一栋
超长悬挑结构建筑
——上海图书馆东馆

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▲建成后的上海图书馆东馆造型

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▲项目最新建设情况

上海建工四建集团项目经理张永陟介绍说:整个工程共用重达2万多吨的钢结构建造,单是屋面桁架及悬挑系统就有1万多吨,而且大量运用了Q420等高强度钢材。建筑外侧有最大跨度达16.8m的悬挑结构悬挂于屋盖,由28个斜拉杆支撑,受力原理跟扁担类似。国内也有其他结构设计原理相同的建筑,不过,这么大体量的悬挑结构应用在一栋单体建筑中的,却是少之又少。

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工程概况

上海图书馆东馆项目主要包括新建一座集中式大型公共图书馆,总建筑面积为114951㎡,地上建筑面积为77968㎡。地下局部2层,上部结构7层,高度达50m,上部是钢结构为主体的框架剪力墙体系,28根支撑圆柱及核心筒东西侧均为清水混凝土。由上海图书馆建设,上海市工程建设咨询监理公司代建,丹麦SHL建筑师事务所及上海院合作设计,上海建科监理,上海建工四建集团总承包,安装集团、机施集团、三鑫科技专业分包。

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▲项目建设信息图

一走进施工现场,工地君就发现它的文明施工做得不错,而且有不少亮点:

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安全通道不但设置得规范,在它的入口左上角还有一只白色的喇叭,每当有人通过时,这只红外线感应喇叭就会自动播放安全须知,时刻敲响安全警钟。

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安全通道顶部也采用盘扣式脚手架

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▲安全通道两侧贴满了形象生动的中英文安全注意事项

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整条安全通道都采用了经久耐用、可周转的镀锌压型钢板。据项目经理张永陟介绍:“虽然压型钢板单次投入成本较高,但是今后还可以在多个工地上多次循环使用,这样平摊算下来的成本是不高的。”

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在现场体验区这里,也做了多个种类的布置。不难看出,项目部在安全管理方面也是下了一番功夫的。

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▲半封闭式的安全晨会讲评台

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▲规范的临边洞口防护措施

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显眼整齐的防护栏

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现场区域清晰的指示标识

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在中庭区域,这根“定海神针”引起了工地君的关注。谈起它的施工难点,上海建工四建集团副总工程师徐整伟说:“这是一根高达21.5米的劲性清水混凝土圆柱,分四次浇筑最终成型,真的不容易,需要克服垂直度控制、混凝土色差控制和成品保护这三大难题。”

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说着带工地君看到另一个已浇筑完成的劲性清水混凝土圆柱,仔细一看确实外观饱满、表面平整。

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三大施工难点

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大面积清水混凝土结构施工

本工程上部结构4个核心筒东西两侧剪力墙,以及主楼与部分裙房区域圆柱为清水混凝土。清水混凝土应用面积约11300平方米。

1)层高高、内部有较大截面的型钢柱

劲性圆柱普遍高度在6.2m以上,包括1根高21.5m,1根20.2m以及2根14m圆柱。

独立柱层高很高,混凝土浇筑必须分段实施。如何防止砼离析,同时保证砼浇筑密实,尤其是要精确控制独立柱整体垂直度,这给现场施工带来了严峻挑战。

2)梁柱节点有外伸钢牛腿

本工程梁柱节点处存在外伸钢牛腿,限制了模板的安装和合模方式,模板的选择余地变小,且圆柱模必须在梁下合模。此外,工字型或箱型钢梁对梁柱节点模板的现场镶拼带来不小难度, 其施工质量将直接影响圆柱节点造型及是否会产生漏浆。

3)劲性混凝土强度等级高、易产生温度裂缝

本工程框架柱及剪力墙的混凝土强度高,等级为C60。在保证强度的情况下,单位立方米水泥用量较高,水化热较大,加上墙柱内部暗柱、剪力钢板等的约束,极易产生裂缝, 裂缝对清水砼的观感影响较大,且难以进行修补。

4)门洞、管弄等的不规则分布对模板、螺栓眼的排列影响较大

从现有图纸看,核心筒内分布着较多的门洞、管弄、消防箱等,且分布没有规律可循,这些均影响饰面清水混凝土蝉缝、螺栓眼的设置,饰面清水混凝土对模板、螺栓眼的排版要求很高。此外,与桁架梁连接的外伸牛腿、幕墙埋件等也是影响清水砼墙面观感质量的重要因素。

为破解施工难题,项目部开展了多场科技攻关活动,先后进行了四次清水混凝土试验,保证了最终成品一次成优。

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▲第一次定型木模及内部构造小样

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▲第一次清水砼柱小样

第一次清水混凝土圆柱小样在外借场地施工,共一根圆柱、一面转角剪力墙。

圆柱高3.6m,采用定型木模,竖向蝉缝两条,水平蝉缝间距1.2m。

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▲第一次板墙模板小样

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▲第一次清水砼板墙小样

剪力墙墙体高度3.57m,一侧采用芬兰板,一侧采用普通优质木模。

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▲清水砼第二次小样

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▲第二次定型木模小样

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▲第二次纸筒模小样

第二次清水混凝土小样,两根圆柱、两面剪力墙。

柱1根为3m,模板采用纸筒模,无水平蝉缝,有螺旋状纹路。另一根为4m,采用定型木模,竖向蝉缝两条,水平蝉缝间距为3m 。

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▲第二次清水砼板墙模板小样

混凝土墙高均为2.4m,一面墙两侧均采用芬兰板。另一面墙一侧采用金属面模板,一侧采用光面优质木模。

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▲清水砼第三次小样

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▲第三次清水砼圆柱模板小样

第三次清水混凝土小样为一根圆柱、一面剪力墙。

清水混凝土柱1根为3.6m,采用木模内衬软玻璃面板定型木围檩加固,高度方向分两次浇筑。

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▲第三次清水砼板墙模板及预埋线盒

清水混凝土墙一面采用金属面模板,一面采用普通木模板;铝合金围檩调整为镀锌方管;金属面模板侧门洞,设置倒角条;墙面预埋开关线盒。

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▲清水砼第四次小样

第四次小样为两根圆柱;此次小样仅模拟钢筋排布,不设剪力钢板。其中一根为方圆模板,另一根为玻璃钢模板。

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方圆模板柱高度为4.8米。围檩采用配套抱箍,不设明缝,蝉缝有竖向两道、水平一道(高2.4m处),接缝处增设连接片。

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玻璃钢模板,柱高度为3.6米。围檩采用配套抱箍,不设明缝,蝉缝有竖向两道、水平无缝。

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大跨度外悬挑钢结构

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1)悬挑结构以吊柱挂于屋架结构,悬挑长度最大16.8米,变形控制难度大,最大起拱量超过100mm,且吊柱粗达210mm,吊柱节点位置 板厚160mm,需进行节点试验 验证该部位可靠性。

2)本工程中的钢结构节点复杂,加劲肋密集,且框架柱及框架梁(桁架)、吊柱、上翻桁架、次桁架均采用Q420等规格,最大板厚达到100mm。

因此,工程钢材等级高、焊缝多、要求高,同时焊接作业多为高空、 悬挑临边施工,焊接时需搭设焊接操作平台,焊接作业条件十分复杂。

3)本工程楼层桁架、屋盖桁架自重大,钢结构总吨位数逾25000吨、 屋面桁架吨位逾8000吨、悬挑区域约3700吨。主楼外围一圈均为悬挑桁架下挂结构楼层,整品桁架不仅仅重量超过塔吊起重量,而且最长约23 米。

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工地君在现场看到16.8米大空间钢结构布置,整栋建筑的主梁全部采用空腹桁架形式,今后,机电管线可以从桁架上下弦穿出,优化了大量管线路径。

张永陟指出:“整个工程67%的建筑面积都是钢结构形式,我们采用预制构件进行装配式施工,减少了施工现场的环境、噪音污染。”

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外倾大板块幕墙及大窗体系

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1)建筑四面设置了4个跨度达17m的大窗体系,且幕墙结构以67°外倾,外悬挑的主体结构变形不可忽视,幕墙需要实时对变形进行监控,保证幕墙正常的施工以及安装精度、外观的控制。

2)幕墙单块尺寸达4200mm×1550mm,玻璃尺寸较大,玻璃各项参数(合片、组框)易产生加工误差,大面多采用了较复杂的dip打印彩釉玻璃及三角形玻璃,如何保证玻璃原材料及加工的质量至关重要。

3)在幕墙支撑系统的创新设计中,采用了大量定制钢型材,由于结构逐层变化特点,外立面折线下部钢制立柱截面设计为平行四边形造型,此定制钢型材为外露小R角钢材,且直接外露在人眼可视范围之内,对加工精度要求高。

4)单元钢架现场吊装较困难,斜面部位(斜面倾斜角67°)的单元钢架吊装更加困难。折线部位的单元钢架为异形钢架,大窗位置折线部位为上下钢架拼接而成,如何保证立面斜线拼接精度和质量。大跨度单元钢架的吊装扰度变形如何控制?钢构件现场施工极易发生磕碰,表面掉漆现象时常发生,现场成品保护非常重要。

在工地现场,这块玻璃幕墙视觉试样颇为引人注目。目前,整个工程的主体建筑已初具雏形。

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▲第一次玻璃幕墙视觉试样

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已初具雏形的建筑主体结构


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 发表于2019-05-19   |  只看该作者      

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