连续多层单索体系,深圳南山中心区超高层幕墙
打怪兽的索菲娅
2024年03月08日 10:41:12
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来源:钢结构设计

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作者:空间结构分会

            深圳南山中心区 超高层幕墙


     
     

深圳南山中心区

超高层幕墙


     

连续多层单索体系


           
         
设计单位 :     北京市建筑设计研究院有限公司    
总包单位 :中国建筑第二工程局有限公司
钢结构安装单位 :中建钢构阳光惠州有限公司
索结构施工单位 :北京市建筑工程研究院有限责任公司
索具类型 :坚宜佳·不锈钢拉索 
竣工时间 :2014年
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概 况      

   

 

 
深圳南山中心区T106-0028地块超高层项目位于深圳市南山商业文化中心区的西端,建成后为南山区的标志性建筑和第一高楼。总建筑面积23.19万m2,其中地上17.19万m2,地下6万m2。地上建筑由 A , B 和 C 座三部分组成。A 座为办公、酒店主楼,地上共62层,建筑总高度为300.80m;上部是五星级酒店,标准层层高为3.6m截面呈凹形;下部是智能办公区,标准层层高为42m。B 座为酒店式公寓,标准层层高为3.4m地上共35层,建筑总高度为152m。C 座为裙楼,其功能为酒店配套及商业服务设施。地上共3层,建筑总高度为24m。工程地下三层,最大平面轮廓尺寸为147.35m×140.40m.将地上三部分建筑在地下连为一体(图1)。            
图1 深圳南山中心区T106-0028地块超高层
     

   
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索结构体系      

   

 
该工程共包括两处幕墙,分别为连廊幕墙和A塔中庭幕墙。
1)连廊幕墙    
连廊幕墙分为幕墙顶、南北幕墙3部分。幕墙顶位于AB、AE轴线之间,共设置12榀鱼腹式空腹桁架,跨度20.7m。连廊南、北两侧幕墙由水平鱼腹式空腹桁架与竖向拉索构成。南侧幕墙设置鱼腹桁架4榀,上方3榀为平面桁架,下方1榀为空腹桁架,跨度20.7m。北侧幕墙设置鱼腹桁架3榀,上方2榀为平面桁架,下方1榀为立体桁架,跨度20.7m。拉索规格为φ24不锈钢拉索,南北侧幕墙均为9榀。连廊幕墙如图2所示,结构布置图如图3、4、5所示。
   
图2 连廊幕墙轴测图    
   
图3 连廊幕墙南立面结构布置图    
   
图4 连廊幕墙北立面结构布置图    
   
图5 桁架拉索布置图    
2)A塔中庭幕墙    
A塔中庭拉索幕墙立面图、平面图、节点图如图6、7、8、9所示。
       
       
图6 A塔中庭幕墙立面图及三维模型    
   
图7 A塔中庭幕墙桁架平面图    
   
图8 A塔中庭幕墙桁架与不锈钢拉索节点图    
   
图9 A塔中庭幕墙拉索支座大样    
A塔拉索幕墙位于中庭东侧面43~60层,轴线间总高度70.8米,共设置鱼腹桁架9榀,跨度27m,鱼腹桁架两端与塔楼A型钢混凝土柱连接,一端采用固定铰支座连接,另一端采用单向滑动铰支座连接;拉索最上端连接于钢桁架,最下端通过支座连接于地面。中庭幕墙由竖向拉索与鱼腹桁架构成,桁架内外侧弦杆采用350mm×200mm×20mm×20mm的箱形截面,外侧弦杆形状为半径199.7m、跨度25.66m的圆弧线,每榀鱼腹桁架设置外侧弦杆,分别采用5根φ50和4根φ40的不锈钢拉索,连接于桁架内、外侧弦杆与腹杆相交的位置。 
该幕墙具有如下特点:
① 竖向拉索仅承担结构自重(包括鱼腹桁架、单元玻璃板块及其他附属构件),不参与抵抗各种水平荷载,风荷载、水平地震荷载等由鱼腹桁架承担,故要求鱼腹桁架两端支座竖向基本不受力。
② 需要通过大量有限元分析来保证预应力张拉结束后,鱼腹桁架的位形满足单元式玻璃板块的安装要求;在玻璃板块安装完成后,鱼腹桁架基本保持水平,即桁架内、外侧弦杆基本在一个水平面内,对于张拉成形精度要求很高。
③ 由于结构形式的特殊性及玻璃板块安装顺序与安装精度的要求,需要在拉索安装过程及安装完成后对拉索索长进行调整,调整时要综合考虑最终拉力、索长加工误差、钢结构制作误差等因素。
由于以上结构特点和精度要求,使得A塔索幕墙安装、张拉难度大大增加,需要采取合理有效的方法进行整体结构安装,索力与鱼腹桁架变形的精准控制。

   

 
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索结构施工      

   
以A塔中庭索幕墙为例描述该项目单索幕墙施工的重难点与解决方法。
     
1)施工组织总体思路      
根据A塔中庭索幕墙结构受力特点,施工过程采用“分层安装提升、逐层调整索长、一级张拉成形”的施工方法。首先装水平鱼腹桁架和竖向拉索,安装并张拉,整体完成后根据索力实际监测结果进行局部调整,最后安装玻璃板块。
2)索结构安装      
采用拉索安装与鱼腹桁架提升同步、交叉、协调进行的方法,即当鱼腹桁架提升至合适高度(1.2~1.5米),安装与鱼腹桁架下部耳板相连的拉索,接着提升鱼腹桁架到约1根拉索高度后,将拉索与下一榀鱼腹桁架的上耳板连接,并安装好该榀鱼腹桁架下部的拉索,再提升、安装拉索,直至全部结构安装完成。安装时借助导链,用吊装带将导链固定在桁架钢梁对应耳板处,用另一吊装带绑紧索体提升拉索,当提升至索头接近对应耳板处时,微调整索头的位置和角度,利用销轴将索头固定到对应耳板上(图10)。
     
图10 拉索安装示意      
3)拉索索长调整      
根据有限元计算结构和拉索的初始应力,并综合考虑拉索加工误差、钢结构安装制作误差等因素对索长的影响,确定每层每根拉索的精确调整量,借助拉索张拉工装,采用多点对称、同步的方式完成拉索索长的调整。
4)拉索张拉      
① 通过张拉最底层拉索使结构成形,张拉过程也是采用分批分级、多点对称同步的方式。
② 张拉工装设计
根据设计提供的拉索预应力值,进行施工仿真计算,连廊幕墙张拉力最大为10kN左右,每批对称张拉两根,因此选用2套张拉设备进行预应力张拉,即4台25t千斤顶,2台油泵及配套张拉工装等;A塔中庭幕墙张拉力最大为50kN左右,每批对称张拉两根,因此选用2套张拉设备进行预应力张拉,即4台25t千斤顶,2台油泵及配套张拉工装等(图11~图13)。
     
图11 张拉工装示意图      
         
         
图12 张拉油泵及油压表          
图13 张拉工装实物          
③ 张拉分级
由于张拉力较小(最大张拉力为50kN),采取一级张拉到位的方式,最后根据实测结果的索力进行局部调整。
④ 张拉顺序
共9根拉索,一次张拉2根,分5批张拉完一级,张拉顺序如(图14)所示:
     
图14 张拉顺序图      
5)鱼腹桁架固定与玻璃安装      
焊接鱼腹桁架两端的耳板,用销轴将鱼腹桁架固定到主体结构上。采用下往上的顺序,逐层安装单元式玻璃板块,过程中要做好索力和鱼腹桁架结构变形的监控。
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工程照片

     

     
图15 幕墙拉索张拉      
     
图16 拉索张拉完成      

     

    

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