天津诺德英蓝国际金融中心超长吊柱顺做法施工技术

天津诺德英蓝国际金融中心超长吊柱顺做法施工技术

赵海钢童早娟郦宏伟李奇奇

浙江精工钢结构集团有限公司浙江绍兴312030

摘要：天津诺德英蓝国际金融中心项目位于于家堡金融区03-08地块，塔楼高度为292.95m。本文通过介绍天津诺德英蓝国际金融中心超长吊柱的顺做法施工实例，从卸载装置的设计、卸载时机的选择、施工预调值的确定等三个方面介绍了超长吊柱的顺做法施工关键技术。

关键词：吊柱、顺做法、卸载装置、预调值、施工顺序

0前言

随着现代建筑结构的发展，建筑空间结构日益复杂，为满足建筑师对大空间、大跨度的要求，钢结构吊柱得到了广泛的应用。同时由于钢结构吊柱只受拉力，能充分发挥钢材的力学性能，吊柱结构亦受到结构工程师的青睐。

虽然钢结构吊柱有众多优点，但由于其独特的受力形态，给施工造成了许多困难。从施工状态到结构成形，吊柱受力状态的转变往往成为施工过程的难点。特别是超高层结构中跨越数个楼层的超长吊柱施工，国内应用案例较少。吊柱常规的施工方法有逆做后装法和临时支撑法，此两种施工方法施工措施费用高，且在高空处临时支撑搭设和拆除的危险系数大大增加，因此有必要对超长吊柱的顺做法施工方法及其设备进行研究。

本文以天津诺德英蓝国际金融中心为例，从卸载装置的设计、施工预调值的确定、卸载时机的选择等三个方面介绍了超长吊柱的顺做法施工关键技术，可供其他工程参考。

1工程概况

天津诺德英蓝国际金融中心项目位于于家堡金融区03-08地块，塔楼地上62层，地下4层，高度为292.95米；塔楼结构采用巨型柱+剪力墙核芯筒+伸臂桁架结构体系；结构自下而上分别在7~9

层、21~23层、35~37层、49~51层设置环桁架，在21~23层、49~51层设置伸臂桁架。

塔楼角部环桁架之间设置8个方钢吊柱用于传递楼层竖向荷载，吊柱总长54m，共跨越12个楼层层。吊柱顶部与上部环桁架下弦相连，吊柱底部通过释放轴力的铰接节点与下部环桁架上弦相连。吊柱截面为口600x400x30x30，材质为Q345C。

吊柱采用顺做法进行施工，吊柱与其相邻构件同步、顺序安装，待吊柱顶部环桁架安装完成，形成稳定的结构体系后，柱底进行卸载，使角部吊柱达到设计受拉状态。

2关键施工技术

2.1卸载装置的设计

本工程角部钢柱设计状态为受拉，钢柱底部为不传递轴向力的铰接连接；同时，由于采用顺做法施工方案，施工过程中角部钢柱为受压，且在卸载过程中存在受压状态与受拉状态的转换。

为同时满足设计和施工的要求，吊柱底部采用沙箱卸载装置。卸载装置包括卸载器、泄压阀、两块临时连接环板、若干临时连接杆、吊柱底部活塞，级配良好的石英砂。两块临时连接环板分别位于卸载器顶部和柱底活塞顶部，卸载器灌砂（适当超灌）并压紧密实后，通过临时连接杆与吊柱底部活塞装配成整体；泄压阀对称布置于卸载器四周，由φ32钢筋接驳器和泄压旋钮组成，泄压旋钮由相应直径的车丝钢筋和螺母焊接而成。

当上层环桁架安装完成后，可进行此节吊柱的卸载，卸载时打开沙箱卸载装置侧壁上的泄砂阀，沙粒在自重作用下缓慢流出卸载装置，吊柱自然下落直至与砂分离。沙箱卸载装置工作流程示意图如图1所示。

沙箱卸载装置截面同吊柱截面，卸载后仍需根据工程实际需要割除外侧的连接板，卸载装置与吊柱之间间隙使用柔性材料进行密封处理，泄砂阀采用钢筋头封堵，并打磨平整，安装完成后吊柱与卸载装置视觉上连成整体，外形平整、美观，不需要外包装饰层。

一层共有8个吊柱，其沙箱卸载装置编号分别为SX-1~SX-8，如图2所示；为保证结构受力均匀，宜进行同步卸载。

2.2卸载时机的选择

由全过程施工仿真分析可知，吊柱卸载后顶部所受的拉力小于卸载前底部的压力，这是由于在卸载前钢框梁与吊柱已形成刚性连接、楼板已经浇筑，卸载过程中部分竖向荷载由周边钢框梁及楼板承担。因此选择不同的卸载时机，对吊柱及周边钢框梁和楼板的受力影响较大。因此采取以下两种施工顺序进行模拟分析，验算吊柱、周边钢框梁和楼板在施工过程中的内力及竖向位移，并结合现场施工实际情况确定合理的施工顺序：

施工顺序一：吊柱卸载前，周边钢框梁翼缘已焊接形成刚接、所有角部楼板已浇筑完成；

施工顺序二：吊柱卸载前，周边钢框梁仅腹板螺栓连接形成铰接、所有角部楼板暂不浇筑；待吊柱卸载后，再焊接钢框梁翼缘形成刚性连接、浇筑角部楼板；

以下以吊柱SX-1为例，对两种施工顺序进行对比分析，结果如图3、图4所示。

由上述对比分析结果可知：若采用楼板后浇、钢框梁后焊的方案，钢框梁弯矩设计值最大减小约45%；同位置处吊柱轴力设计值由2721.2kN增大至2775.5kN，增大幅度较小；且吊柱底部最大竖向位移减小为18.9mm，减小约17%。

楼板后浇、钢框梁后焊方案能充分发挥吊柱的受力，减小相邻钢框梁受力，结构受力合理,并有利于悬挑部位楼板裂缝的控制；但其施工工序复杂，与顺做法施工方法简化施工流程、提高安装效率的初衷相违背。

因此综合考虑各方面因素，最终采用两者相结合的施工顺序，即吊柱卸载前，周边钢框梁翼缘已焊接形成刚接、所有角部楼板未浇筑，卸载完成后，在顺序浇筑角部楼板。

2.3施工预调值的确定

由于本工程角部为悬挑结构，竖向位移较大，且在卸载过程中，角部吊柱将与楼层产生竖向错动。为保证角部楼层结构在使用状态下，保持水平或略微上翘，拟对角部吊柱进行施工预调。

通过全过程施工仿真分析，得到结构卸载关键控制点（吊柱底、沙箱底）的全过程位移数据，其中卸载装置SX-1处的关键控制点竖向位移曲线如图5所示。随着结构施工进行，吊柱开始在荷载作用下变形，卸载前竖向变形最大为5.54mm。卸载过程中，通过释放沙箱中的沙粒使沙箱总高度减少，减小量即卸载量。在此过程中吊柱底一直向下变形，位移量增大；沙箱底由于受力减小而向上回弹，位移量减小。通过对8个沙箱卸载点进行分析，可知沙箱最大卸载量为10.77mm。在使用阶段，由于幕墙、装修荷载和使用活荷载的增加，吊柱的竖向位移继续增大，吊柱底部最大竖向位移量为22.9mm。

本工程施工预调目标荷载为恒载标准值+0.5活载标准值。根据上述施工全过程模拟分析的计算结果，并以卸载完成后楼层达到设计标高为标准，估算角部吊柱在各楼层的施工预调值值。现场可参考此预调值，通过对接焊缝间隙进行施工调整，当预调值超出现场调整范围时，可在工厂构件下料时进行长度调整。角部吊柱各楼层的具体预调值如表1所示。

3结语

本文以天津诺德英蓝国际金融中心为例，从卸载装置的设计、卸载时机的选择、施工预调值的确定等三个方面介绍了超长吊柱的顺做法施工关键技术，得到以下结论：

（1）超高层结构中超长吊柱可采用顺做法进行施工。吊柱与其相邻构件同步、顺序安装，不需要搭设临时支撑，施工措施费用大大降低；施工便利，安装效率高。

（2）吊柱底部采用沙箱卸载装置，卸载方便、稳定、可靠，可实现卸载工作的高效率和高质量，提高了施工过程的安全性；安装完成后，吊柱与卸载装置视觉上连成整体，外形平整、美观，不需要外包装饰层。

（3）施工顺序对吊柱及其周边钢框梁的内力、变形影响较大。大型复杂结构应通过施工仿真分析，并结合现场施工实际情况确定合理的施工顺序，实现施工阶段结构的最优化。

（4）通过合理设置施工预调值，抵消吊柱在卸载过程中产生的竖向位移，使角部结构达到或接近设计状态，提高建筑的使用功能。

参考文献

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