椭圆形采光顶钢结构模块化施工技术

阎红伟1　石路也1　刘向阳1　南东亚2　刘　鹏2　桂宇飞2

(1．万达商业规划研究院， 北京　100007； 2.中国京冶工程技术有限公司， 北京　100088)

摘　要：通过对椭圆形采光顶钢结构进行模块化技术研究，提出了采光顶钢结构模块化划分、利用自升降结构进行施工的方法，进而提出一套加工、运输、安装一体化实施方案，解决了常规高空散拼施工方法施工周期长、不便控制质量等问题。

关键词：椭圆形采光顶； 钢结构； 模块化技术

MODULAR CONSTRUCTION TECHNOLOGY FOR THE STEEL STRUCTURE OF ELLIPTICAL DAY-LIGHTING ROOFYan Hongwei1　Shi Luye1　Liu Xiangyang1　Nan Dongya2　Liu Peng2　Gui Yufei2

(1.WANDA Commercial Planning & Research Institute Co.Ltd, Beijing 100007， China；

2．China Jingye Engineering Co. Ltd, Beijing 100088， China)

ABSTRACT：The steel structure of elliptical day-lighting roof was investigated by modular technology, the modular division of day-lighting roof steel structure was proposed, and the construction method of lifting structure was applied. This paper put forward an integration implementation plan of processing, transportation and installation, which could avoid the shortcomings of conventional construction method, such as long construction period, difficulty in control quality and so on.

KEY WORDS：elliptical day-lighting roof; steel structure; modular technology

第一作者：阎红伟，男，1977年出生，硕士，国家一级注册结构工程师。

Email：[e-mail]

随着建筑工业化水平的提高和建筑科学技术的发展，建筑标准化的重要性日益明显，所涉及的领域也日益扩大。基于万达集团转型轻资产模式的战略要求，企业进一步提高了对建筑产品标准化的要求。其中，购物中心采光顶在设计标准化的基础上，具备了产业化条件。

大跨度空间钢结构根据结构特点和现场施工条件，通常可采用高空散装、分条分块吊装及整体安装施工(包括高空滑移、整体吊装、折叠展开式整体提升以及高空悬拼安装)等安装方法。目前，采光顶的施工方案大多采用高空散装的方式，具有施工周期长、现场焊接量大、质量不易控制等缺点。根据购物中心椭圆形采光顶的结构特点、运输条件、起重设备性能及安装场地条件等因素，通过对采光顶模块化技术的研究，提出了一套完整的模块化技术方案，为采光顶施工降低成本、缩短工期和加强质量控制提供了技术支持。

1　工程概况

万达广场某项目的采光顶为椭圆形，长轴直径31.600 m，短轴直径22.106 m，矢高4.987 m，底部支撑短柱柱高1.238 m，平面投影面积为548.36 m2。所有构件均采用矩形截面钢管，构件间采用对接焊接的连接方式，建筑剖面如图1所示。采光顶三维示意如图2所示。

1—椭圆形采光顶；2—室内步行街。
图1　建筑剖面

图2　椭圆形采光顶三维示意

2　模块化方案

针对分条分块吊装法的两种模块化划分方法进行对比。

2.1　环向分块方案(方案1)

分块原则：径向断开，沿环向分段，如图3所示。

图3　环向分块方案(方案1)

2.2　径向分块方案(方案2)

分块原则：环向断开，沿径向分段，如图4所示。

图4　径向分块方案(方案2)

2.3　模块化方案对比

对模块化方案进行分类、对安装方法进行对比，见表1。

通过对比可知，方案2的优势有：1)模块划分符合结构受力原则；2)模块化程度更高；3)安装简单、现场焊接工作量更少。

3　模块化技术优势

将构件合理组合，形成模块化，进而在加工、运输、安装中利用其优势，形成一整套科学合理的模块化技术。通过对高空散拼与模块化技术的对比，模块化技术具有安装误差小、安装快、质量高、有规模化优势(表2)。在成本方面新增成本大部分是模块化的、可重复使用的，且规模化后成本很低；缩短工期可以带来明显效益。

表1　模块化方案对比

方案分类模块种类模块数块安装1分层模块化2323径向断开,模块安装需要有额外定位措施。2径向模块化1122径向完整,模块不需要额外定位措施。

表2　高空散拼与模块化技术对比

分类高空散拼模块化技术工厂加工制作所有构件均为散件近一半构件可以在工厂焊接为模块单元,提高了焊接质量与精度运输散装运输车次少,一般为2车次模块运输车次多,一般为8～10车次安装满堂脚手架;现场焊接工作量大利用塔架安装,施工时间短;塔架成本一次性投入较高,可重复利用,平均成本低;现场焊接量减少一半施工质量一般较高施工测控工作量大减少施工阶段对构件的测控工作量施工监理检测工作量大减少对焊缝的检测工作量施工周期长短

4　施工流程

施工流程如图5所示。

5　升顶支架设计

施工脚手架利用塔吊塔身升降方案进行设计，经过改造塔式起重机的爬升节，使其满足采光顶的模块化施工需求。

5.1　升顶支架的组成

升顶支架由三部分组成：升顶支架基础、升顶支架中心柱、中心柱顶部操作平台，其中升顶支架中心柱由塔吊的基础节、标准节、爬升节组成，采用塔吊的升高方式，升顶支架示意如图6。

5.2　升顶支架基础

根据下部建筑及结构的实际情况，升顶支架基础采用轧制宽翼缘H型钢，呈井字形，其端部通过预埋件与钢筋混凝土主梁或柱连接(钢筋混凝土主梁或柱中应留有预埋钢板)。需对支架基础及下部建筑物结构构件的刚度、强度及稳定性进行验算，确保能承载上部结构荷载、施工荷载以及考虑一定的事故荷载。

图5　施工流程

1—电动葫芦；2—标准节滑轨；3—采光顶中央模块；
4—操作平台；5—配重支架；6—爬升节；
7—标准节；8—支架基础。
图6　升顶支架示意

6　结束语

基于现有设计条件，采光顶的模块化施工中所有结构构件均为矩形管，散件与模块、模块与模块之间的连接按照设计要求采用对接焊。模块划分采用径向分块的方式，由于运输能力所限，运输模块宽度、高度均不大于2.5 m，虽然可以明显地减少现场焊接的工作量，但次龙骨的数量及现场焊接吊装的工作量仍然较大，如果采用全螺栓连接来实现构件的刚性连接，则连接节点偏大，不满足美观要求。

提出如下建议：

1)在起吊设备允许的情况下，利用地面上的支架和操作平台，现场拼接较大的起吊模块，以减少现场高空焊接工作量。

2)现有设计图中径向模块与环向次龙骨散件的连接采用对接焊，建议研究此类节点采用螺栓连接，减少现场焊接的工作，并提高施工效率。

3)椭圆形采光顶全部划分为径向模块，径向主龙骨采用双拼槽钢的截面形式，主龙骨间采用螺栓连接，结构无散拼构件，可以有效加快施工速度。

参考文献

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收稿日期：2015-08-27

DOI:10.13206/j.gjg201512019