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摘要：在商业综合体中，钢结构体系常常用于大跨度、大空间、异面造型建筑结构中，为满足造型及功能的需要，往往钢结构体系设计的较为复杂。本文以南京某商业综合体项目“玻璃盒子”区域楼层钢结构、钢桁架、幕墙钢柱施工为例，通过对复杂钢结构体系充分解构，详细的阐述了主要施工技术路线、流程、施工关键技术，可供类似的钢结构施工参考。
关键词：大跨度;组合桁架;幕墙钢柱;楼层钢梁;复杂钢结构;吊装施工
1工程概况
南京某商业综合体项目总占地面积3.2万平方米，工程总建筑面积约为40万平方米，工程由两座办公楼（T1、T2）、一座酒店塔楼（T3）、裙房及整体地下室组成，其中T1塔楼主体高度约272m，T2塔楼主体高度约179m，T3塔楼主体高度约143m，裙房高度约44.30m，建成后将成为地区新地标建筑和商业购物中心。
“玻璃盒子”位于T1塔楼北侧、T2塔楼东侧的裙房处，主要由裙房L6～L8夹层钢结构、组合桁架钢结构、玻璃盒幕墙钢柱及钢雨棚构成。
“玻璃盒子”中裙房钢梁位于桁架内侧，L6、L7层钢梁与次桁架连接，L7夹层、L8层钢梁与主桁架连接。
组合桁架钢结构由两榀主桁架和五榀下挂次桁架构成，主桁架间距为10.35m，桁架长度为44.52m，高度为6.52m，桁架顶标高为41.20m，单榀桁架重量约为80t;次桁架间距为9m，桁架长度为10.35m，高度为3.5m，桁架顶标高为33.95m，单榀桁架重量约为6.4t。
幕墙钢柱作为幕墙主龙骨，共7根，高度32.85m，单根重量约为46.4t，幕墙钢柱之间通过钢梁连接，顶部通过钢支座与次桁架连接。
2重点、难点分析
1）本区域钢结构包含楼层钢结构、大跨度组合桁架、及幕墙钢柱等，钢结构连接形式复杂，需要合理安排各部分钢结构吊装顺序，施工组织难度大。
2）本区域主桁架共两榀，桁架长度为44.52m，高度为6.52m，桁架顶标高为41.20m，单榀桁架重量约为80t，对于跨度、重量、高度均较大的主桁架采用何种方式进行吊装，是本次钢结构吊装的最大难点。
3）根据吊装工艺，进行合理的桁架、幕墙钢柱分段，在保证满足运输的基础上，便于吊装，也是本区域钢结构施工重难点。
4）桁架、幕墙钢柱安装精度要求较高，桁架误差稍大将影响桁架的整体拼装，幕墙钢柱达不到幕墙精度要求，将影响后续幕墙结构施工，安装精度的控制是本区域钢结构施工的另一重难点。
5）内部楼层钢梁、组合桁架、幕墙钢柱及雨棚等钢构件，在不同施工阶段采用何种起重机械进行吊装，需要进行全面合理的分析，既要保证钢结构吊装工作顺利进行，也要统筹兼顾经济效益。
3总施工流程
本区域内钢结构主要包含内部楼层钢柱/钢梁、大跨度组合桁架、幕墙钢柱及钢雨棚等。
常规钢结构吊装，从吊装易于操作及起重设备选型考虑，会先进行较远位置的楼层钢柱/鋼梁吊装，再吊装中间区域的桁架结构，最后吊装外侧的幕墙钢柱及钢雨篷。
但本区域内钢结构最终的整体受力构件为组合桁架及内部钢柱，内部楼层钢梁与主、次桁架均有连接，必须先进行整体受力的内部钢柱、组合桁架的吊装，再进行后续钢结构的施工。总体施工流程：1）内部楼层钢柱吊装;2）2榀主桁架吊装;3）5榀次桁架吊装;4）内部楼层钢梁按楼层自下而上顺序吊装;5）内部悬挑钢梁吊装;6）幕墙钢柱吊装;7）钢雨篷吊装。其中，为保证结构的整体稳定性，内部楼层钢柱吊装时，将钢柱间连接钢梁穿插吊装;主、次桁架吊装时，将桁架间部分连接钢梁穿插吊装。
4关键施工技术
4.1钢构件分段
根据玻璃盒各部分结构特点、运输长度限制及吊装要求，综合考虑进行构件的分段。
内部楼层钢柱长度为17.14m，分2段进行吊装，分段点为L7层上1.2m处（标高35.15m），2段钢柱长度分别为11.09m，6.05m，对应重量分别为8.8t、4.8t;内部楼层钢梁均采用整根吊装，不进行分段处理，最大钢梁长度为13m，重量为3.4t。
主桁架高度、跨度均较大，无法整体运输，并结合主桁架分段吊装的工艺，主桁架在加工厂分散件进行加工，最大杆件长度为15.7m，重量为10t。构件运至现场后进行拼装，整榀桁架分成三段，最大分段重量约30t。
次桁架整榀平面尺寸为10350×3100mm，重量为6.4t，整榀桁架尺寸能够满足运输要求，在加工厂制作成整体，运至现场后直接进行吊装。
幕墙钢柱总长度为32.85m，共分4段：
第1段：-0.10～7.95m（雨棚顶部1m处），长度为8.05m，重量为7.8t;第2段：7.95～18.95m，长度为11m，重量为18.9t;第3段：18.95～30.50m（幕墙柱法兰处），长度为11.55m，重量为17.3t;第4段：30.50～32.85m，长度为2.35m。
玻璃盒雨棚钢梁均采用整根吊装，最大钢梁长度为9m，重量为6.9t。
4.2组合桁架吊装
（1）主桁架吊装方案比选
分析常规钢结构施工方法，结合本项目的特殊性，主桁架吊装共提出了4种施工方案：
方案一：采用整体提升法，即整榀主桁架在原位置投影正下方拼装成整体，利用穿心式千斤顶等设备进行整体升。此方案在地面上拼装，便于整体安装精度的控制，且安全容易得到保证，但需要主桁架正下方有足够大的拼装场地。本工程主桁架正下方两层位置有部分悬挑楼板，场地无法满足要求。
方案二：采用双机抬吊法，即整榀主桁架在现场拼装成整体后，利用两台起重设备共同对整榀桁架进行吊装作业。由于主桁架重量、高度、吊装距离均较大，单台起重设备无法满足吊装要求，即使采用双机抬吊也需要两台500t汽车吊，且两台起重设备停机位置较近，即使在前期已经结构加强的消防通道上，也需要进行结构加固;另外，同时进行两台500t汽车吊租赁也较困难。 方案三：采用散件高空拼装法，即提前搭设临时支撑，主桁架散件运至现场后，直接利用125t汽车吊进行散件高空拼装。此方案成本较低，但全部采用高空拼装，拼装质量控制难度大，工期长，且高空施工的危险性较大。
方案四：采用地面拼装、分段高空吊装法，即主桁架散件运至现场后，在地面将主桁架根据分段点拼装成三段，提前搭设临时支撑，利用350t汽车吊进行高空拼装。此方案相对于方案三减少了高空散拼，地面拼装便于质量控制，减少工期，且安全能够得到有效保证。
综合分析以上4种方案的技术特点、安全性及可操作性，最终确定方案四作为主桁架吊装最终方案。
（2）主桁架地面拼装
根据主桁架分段的截面尺寸，在钢结构临时堆场搭设桁架拼装胎架。胎架主要由2个钢箱梁（本工程塔吊爬升转换梁）构成，截面尺寸为750×330×8000mm。
主桁架拼装选用100t汽车吊作为主要起重机械，每段主桁架按照“上下弦杆—直腹杆—斜腹杆”的顺序，依次进行拼装。桁架拼装前，根据上下弦杆定位，提前在箱梁上焊接临时靠板，以确保桁架拼装时能够快速进行定位。另外桁架拼装完成后，在桁架端部用脚手架临时固定，以保证桁架的整体稳定性。
（3）主桁架临时支撑设置
根据主桁架分段情况，共设置4道临时支撑。临时支撑选用STT293塔吊标准节，标准节尺寸为2m*2m*3m，每道支撑底部铺设2300*3500*30钢板，钢板铺设于楼板上，两端为混凝土梁。在塔架支撑四角对应的钢板面焊接连接板，通过销轴将连接板与塔架支撑进行连接。钢板四角位置与楼板后植钢筋采用穿孔塞焊。 主桁架临时支撑三道位于地下室顶板楼面上，一道位于L3层楼板上。
塔架支撑逐节搭设至桁架底部后，支撑顶部距离桁架底有1m高度，利用H型钢在此范围内设置转换结构，H型钢板厚均为30mm，所用钢材均为Q235B。转换结构与塔架支撑连接的钢梁底部设置连接板，通过销轴进行转换结构与塔架支撑连接板的连接，其中一个内侧支撑受L5层结构影响，偏离桁架中心线350mm，转换结构做偏心设置，转换结构具体详细尺寸如下图所示：
（4）主桁架吊装
选用350t汽车吊作为主桁架吊装的主要起重机械，先安装桁架北侧近结构内侧的桁架分段单元，安装到位后，立即安装该桁架与内部钢柱间的拉结钢梁，以保证桁架侧向刚度，同样，桁架北侧近结构外侧的桁架分段单元安装完成后，安装两榀桁架上弦的连接次梁，以保证桁架的整体稳定性。然后，按照北侧分段桁架及钢梁的安装顺序，进行南侧分段桁架及钢梁的安装;最后进行中间段桁架及钢梁的安装。
主桁架吊装最不利工况：R=18m，Q=33.7t，Gmax=30t，满足要求。
（5）次桁架吊装
整榀桁架尺寸能够满足运输要求，在加工厂制作成整体，运至现场后可直接进行吊装。
待两榀主桁架吊装并焊接完成，选用200t汽车吊主要起重机械，5榀次桁架由主桁架中间依次向两边进行吊装，每相邻两榀次桁架安装完成及时补缺桁架间次梁，以保证桁架部分结构整体稳定性。
最不利吊装工况：R=34m，Q=7.8t，Gmax=6.4t，满足要求。
4.3幕墙钢柱吊装
幕墙钢柱长度为32.85m，仅在两层及顶部位置有连接，且安装精度要求较高，因此尽量减少钢柱分段及高空拼装，是保证质量的前提。
幕墙钢柱在L2雨棚位置处有连接，便于侧向稳定性，因此第一段分段位于雨棚位置上方1m处。顶部一段长度为2.35m，为法兰盘连接，属于结构分段。剩余中间段长度为22.55m，无法整根运输，加工厂分成两段，运至现场后，地面进行拼装。由于中间段与结构无连接，不便于临时固定，在中间段焊接完成后，与顶部法兰盘段连接完成。至此，每根幕墙钢柱吊装前，现场拼装成只剩两段。
首先进行7根幕墙钢柱的第一段吊装，每两根相邻钢柱吊装完成，及时补缺柱间钢梁，以保证其整体稳定性。
首节幕墙钢柱吊装并焊接完成后，进行剩下一段幕墙钢柱的吊装，顺序同第一段钢柱，每根钢柱就位完成后，柱底与第一段钢柱焊接固定，柱顶通过连接钢梁及竖向支座与次桁架焊接固定。
幕墙钢柱最不利吊装工况：R=16m，Q=21.4t，Gmax=18.9t，满足要求。
5结语
在保证结构的质量和安全的前提下，本工程通过多方案比选主桁架的吊装方式，选择了合理的施工部署。并通过对桁架、幕墙柱的合理分段及现场拼装，保证了复杂钢结构的施工质量及施工的安全性，希望能对同类型其他工程有一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 郭彦林，刘学武.大型复杂钢结构施工力學问题及分析方法[J].工业建筑，2007（09）：1-8..
[2] 范重，刘先明，胡天兵，范学伟，赵莉华.国家体育场钢结构施工过程模拟分析[J].建筑结构学报，2007（02）：134-143.
[3] 聂友兰，葛志环.南昌国际体育中心综合体育馆屋面钢结构吊装技术[J].工程质量，2011.29（2）：56-60.
[4] 张海礁，陈辉，邱顶宏.大跨度桁架式结构组装与提升关键技术[J].安装，2016（9）：25-26.
[5] GB 50755 - 2012 钢结构工程施工规范
上海建工四建集团有限公司 江苏省 南京市 210000
关键词：大跨度;组合桁架;幕墙钢柱;楼层钢梁;复杂钢结构;吊装施工
1工程概况
南京某商业综合体项目总占地面积3.2万平方米，工程总建筑面积约为40万平方米，工程由两座办公楼（T1、T2）、一座酒店塔楼（T3）、裙房及整体地下室组成，其中T1塔楼主体高度约272m，T2塔楼主体高度约179m，T3塔楼主体高度约143m，裙房高度约44.30m，建成后将成为地区新地标建筑和商业购物中心。
“玻璃盒子”位于T1塔楼北侧、T2塔楼东侧的裙房处，主要由裙房L6～L8夹层钢结构、组合桁架钢结构、玻璃盒幕墙钢柱及钢雨棚构成。
“玻璃盒子”中裙房钢梁位于桁架内侧，L6、L7层钢梁与次桁架连接，L7夹层、L8层钢梁与主桁架连接。
组合桁架钢结构由两榀主桁架和五榀下挂次桁架构成，主桁架间距为10.35m，桁架长度为44.52m，高度为6.52m，桁架顶标高为41.20m，单榀桁架重量约为80t;次桁架间距为9m，桁架长度为10.35m，高度为3.5m，桁架顶标高为33.95m，单榀桁架重量约为6.4t。
幕墙钢柱作为幕墙主龙骨，共7根，高度32.85m，单根重量约为46.4t，幕墙钢柱之间通过钢梁连接，顶部通过钢支座与次桁架连接。
2重点、难点分析
1）本区域钢结构包含楼层钢结构、大跨度组合桁架、及幕墙钢柱等，钢结构连接形式复杂，需要合理安排各部分钢结构吊装顺序，施工组织难度大。
2）本区域主桁架共两榀，桁架长度为44.52m，高度为6.52m，桁架顶标高为41.20m，单榀桁架重量约为80t，对于跨度、重量、高度均较大的主桁架采用何种方式进行吊装，是本次钢结构吊装的最大难点。
3）根据吊装工艺，进行合理的桁架、幕墙钢柱分段，在保证满足运输的基础上，便于吊装，也是本区域钢结构施工重难点。
4）桁架、幕墙钢柱安装精度要求较高，桁架误差稍大将影响桁架的整体拼装，幕墙钢柱达不到幕墙精度要求，将影响后续幕墙结构施工，安装精度的控制是本区域钢结构施工的另一重难点。
5）内部楼层钢梁、组合桁架、幕墙钢柱及雨棚等钢构件，在不同施工阶段采用何种起重机械进行吊装，需要进行全面合理的分析，既要保证钢结构吊装工作顺利进行，也要统筹兼顾经济效益。
3总施工流程
本区域内钢结构主要包含内部楼层钢柱/钢梁、大跨度组合桁架、幕墙钢柱及钢雨棚等。
常规钢结构吊装，从吊装易于操作及起重设备选型考虑，会先进行较远位置的楼层钢柱/鋼梁吊装，再吊装中间区域的桁架结构，最后吊装外侧的幕墙钢柱及钢雨篷。
但本区域内钢结构最终的整体受力构件为组合桁架及内部钢柱，内部楼层钢梁与主、次桁架均有连接，必须先进行整体受力的内部钢柱、组合桁架的吊装，再进行后续钢结构的施工。总体施工流程：1）内部楼层钢柱吊装;2）2榀主桁架吊装;3）5榀次桁架吊装;4）内部楼层钢梁按楼层自下而上顺序吊装;5）内部悬挑钢梁吊装;6）幕墙钢柱吊装;7）钢雨篷吊装。其中，为保证结构的整体稳定性，内部楼层钢柱吊装时，将钢柱间连接钢梁穿插吊装;主、次桁架吊装时，将桁架间部分连接钢梁穿插吊装。
4关键施工技术
4.1钢构件分段
根据玻璃盒各部分结构特点、运输长度限制及吊装要求，综合考虑进行构件的分段。
内部楼层钢柱长度为17.14m，分2段进行吊装，分段点为L7层上1.2m处（标高35.15m），2段钢柱长度分别为11.09m，6.05m，对应重量分别为8.8t、4.8t;内部楼层钢梁均采用整根吊装，不进行分段处理，最大钢梁长度为13m，重量为3.4t。
主桁架高度、跨度均较大，无法整体运输，并结合主桁架分段吊装的工艺，主桁架在加工厂分散件进行加工，最大杆件长度为15.7m，重量为10t。构件运至现场后进行拼装，整榀桁架分成三段，最大分段重量约30t。
次桁架整榀平面尺寸为10350×3100mm，重量为6.4t，整榀桁架尺寸能够满足运输要求，在加工厂制作成整体，运至现场后直接进行吊装。
幕墙钢柱总长度为32.85m，共分4段：
第1段：-0.10～7.95m（雨棚顶部1m处），长度为8.05m，重量为7.8t;第2段：7.95～18.95m，长度为11m，重量为18.9t;第3段：18.95～30.50m（幕墙柱法兰处），长度为11.55m，重量为17.3t;第4段：30.50～32.85m，长度为2.35m。
玻璃盒雨棚钢梁均采用整根吊装，最大钢梁长度为9m，重量为6.9t。
4.2组合桁架吊装
（1）主桁架吊装方案比选
分析常规钢结构施工方法，结合本项目的特殊性，主桁架吊装共提出了4种施工方案：
方案一：采用整体提升法，即整榀主桁架在原位置投影正下方拼装成整体，利用穿心式千斤顶等设备进行整体升。此方案在地面上拼装，便于整体安装精度的控制，且安全容易得到保证，但需要主桁架正下方有足够大的拼装场地。本工程主桁架正下方两层位置有部分悬挑楼板，场地无法满足要求。
方案二：采用双机抬吊法，即整榀主桁架在现场拼装成整体后，利用两台起重设备共同对整榀桁架进行吊装作业。由于主桁架重量、高度、吊装距离均较大，单台起重设备无法满足吊装要求，即使采用双机抬吊也需要两台500t汽车吊，且两台起重设备停机位置较近，即使在前期已经结构加强的消防通道上，也需要进行结构加固;另外，同时进行两台500t汽车吊租赁也较困难。 方案三：采用散件高空拼装法，即提前搭设临时支撑，主桁架散件运至现场后，直接利用125t汽车吊进行散件高空拼装。此方案成本较低，但全部采用高空拼装，拼装质量控制难度大，工期长，且高空施工的危险性较大。
方案四：采用地面拼装、分段高空吊装法，即主桁架散件运至现场后，在地面将主桁架根据分段点拼装成三段，提前搭设临时支撑，利用350t汽车吊进行高空拼装。此方案相对于方案三减少了高空散拼，地面拼装便于质量控制，减少工期，且安全能够得到有效保证。
综合分析以上4种方案的技术特点、安全性及可操作性，最终确定方案四作为主桁架吊装最终方案。
（2）主桁架地面拼装
根据主桁架分段的截面尺寸，在钢结构临时堆场搭设桁架拼装胎架。胎架主要由2个钢箱梁（本工程塔吊爬升转换梁）构成，截面尺寸为750×330×8000mm。
主桁架拼装选用100t汽车吊作为主要起重机械，每段主桁架按照“上下弦杆—直腹杆—斜腹杆”的顺序，依次进行拼装。桁架拼装前，根据上下弦杆定位，提前在箱梁上焊接临时靠板，以确保桁架拼装时能够快速进行定位。另外桁架拼装完成后，在桁架端部用脚手架临时固定，以保证桁架的整体稳定性。
（3）主桁架临时支撑设置
根据主桁架分段情况，共设置4道临时支撑。临时支撑选用STT293塔吊标准节，标准节尺寸为2m*2m*3m，每道支撑底部铺设2300*3500*30钢板，钢板铺设于楼板上，两端为混凝土梁。在塔架支撑四角对应的钢板面焊接连接板，通过销轴将连接板与塔架支撑进行连接。钢板四角位置与楼板后植钢筋采用穿孔塞焊。 主桁架临时支撑三道位于地下室顶板楼面上，一道位于L3层楼板上。
塔架支撑逐节搭设至桁架底部后，支撑顶部距离桁架底有1m高度，利用H型钢在此范围内设置转换结构，H型钢板厚均为30mm，所用钢材均为Q235B。转换结构与塔架支撑连接的钢梁底部设置连接板，通过销轴进行转换结构与塔架支撑连接板的连接，其中一个内侧支撑受L5层结构影响，偏离桁架中心线350mm，转换结构做偏心设置，转换结构具体详细尺寸如下图所示：
（4）主桁架吊装
选用350t汽车吊作为主桁架吊装的主要起重机械，先安装桁架北侧近结构内侧的桁架分段单元，安装到位后，立即安装该桁架与内部钢柱间的拉结钢梁，以保证桁架侧向刚度，同样，桁架北侧近结构外侧的桁架分段单元安装完成后，安装两榀桁架上弦的连接次梁，以保证桁架的整体稳定性。然后，按照北侧分段桁架及钢梁的安装顺序，进行南侧分段桁架及钢梁的安装;最后进行中间段桁架及钢梁的安装。
主桁架吊装最不利工况：R=18m，Q=33.7t，Gmax=30t，满足要求。
（5）次桁架吊装
整榀桁架尺寸能够满足运输要求，在加工厂制作成整体，运至现场后可直接进行吊装。
待两榀主桁架吊装并焊接完成，选用200t汽车吊主要起重机械，5榀次桁架由主桁架中间依次向两边进行吊装，每相邻两榀次桁架安装完成及时补缺桁架间次梁，以保证桁架部分结构整体稳定性。
最不利吊装工况：R=34m，Q=7.8t，Gmax=6.4t，满足要求。
4.3幕墙钢柱吊装
幕墙钢柱长度为32.85m，仅在两层及顶部位置有连接，且安装精度要求较高，因此尽量减少钢柱分段及高空拼装，是保证质量的前提。
幕墙钢柱在L2雨棚位置处有连接，便于侧向稳定性，因此第一段分段位于雨棚位置上方1m处。顶部一段长度为2.35m，为法兰盘连接，属于结构分段。剩余中间段长度为22.55m，无法整根运输，加工厂分成两段，运至现场后，地面进行拼装。由于中间段与结构无连接，不便于临时固定，在中间段焊接完成后，与顶部法兰盘段连接完成。至此，每根幕墙钢柱吊装前，现场拼装成只剩两段。
首先进行7根幕墙钢柱的第一段吊装，每两根相邻钢柱吊装完成，及时补缺柱间钢梁，以保证其整体稳定性。
首节幕墙钢柱吊装并焊接完成后，进行剩下一段幕墙钢柱的吊装，顺序同第一段钢柱，每根钢柱就位完成后，柱底与第一段钢柱焊接固定，柱顶通过连接钢梁及竖向支座与次桁架焊接固定。
幕墙钢柱最不利吊装工况：R=16m，Q=21.4t，Gmax=18.9t，满足要求。
5结语
在保证结构的质量和安全的前提下，本工程通过多方案比选主桁架的吊装方式，选择了合理的施工部署。并通过对桁架、幕墙柱的合理分段及现场拼装，保证了复杂钢结构的施工质量及施工的安全性，希望能对同类型其他工程有一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 郭彦林，刘学武.大型复杂钢结构施工力學问题及分析方法[J].工业建筑，2007（09）：1-8..
[2] 范重，刘先明，胡天兵，范学伟，赵莉华.国家体育场钢结构施工过程模拟分析[J].建筑结构学报，2007（02）：134-143.
[3] 聂友兰，葛志环.南昌国际体育中心综合体育馆屋面钢结构吊装技术[J].工程质量，2011.29（2）：56-60.
[4] 张海礁，陈辉，邱顶宏.大跨度桁架式结构组装与提升关键技术[J].安装，2016（9）：25-26.
[5] GB 50755 - 2012 钢结构工程施工规范
上海建工四建集团有限公司 江苏省 南京市 210000