钢结构景观蘑菇树整体施工技术

陈 颖

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

当前，景观建筑结构造型日趋复杂奇特。此类异形构筑物常选用钢结构，具有造型轻盈、用钢量小、投影面积大、结构体系复杂等特点。传统钢结构建造技术因其措施用量大、建造过程复杂，将不再适用于该类轻型结构。

本文以阿里巴巴景观蘑菇树安装为背景，针对性地介绍了外总体施工阶段现场拼装、多机抬吊异形钢结构的整体安装技术，旨在研究和总结一套轻型景观钢结构建造工艺，也为类似工程提供参考依据[1-2]。

1 工程概况

阿里巴巴西溪园区项目（图1）位于杭州市余杭区五常街道。项目主要为软件生产用房及其非生产性配套用房，包括员工食堂、体育活动用房、大报告厅等，地下2层，地上最高6层，建筑面积428 025 m2。在大楼北侧入口前广场上，设置8棵景观钢结构蘑菇树。

蘑菇树分为大型（2棵）和中型（6棵）2种规格，其造型均成喇叭状，根部呈六边形，向上逐渐延伸扩散成圆形顶棚。结构由纵向主圆管、次圆管和横向间隔约3 m布置的连接环以及末端折线形三角收边梁组成（图2）。大蘑菇树安装在结构底板，露出地面高度12 m；中蘑菇树安装在地下室结构顶板上。

图1 阿里巴巴西溪园区项目效果图

图2 大型蘑菇树模型示意

2 工程重难点分析

1）受到运输条件限制，异形结构需散件运输，考虑到构件截面较小时变形控制难度大，故在地面拼装成组合构件后安装。为确保拼装精度，将构件倒置于地面拼装。

2）组合构件安装时仍面临变形大、就位困难、安装质量难以控制以及因需要大量临时措施而造成的工期紧张等难题。为此，选择采取整体拼装、吊装的施工方法。

3）蘑菇树四周结构顶板上有厚1.5 m景观覆土，汽车吊在覆土上整体吊装施工，使得地下室结构承载力是否满足要求成为施工重点。此外，汽车吊的合理选型也是重要因素之一。

3 施工技术路线

依据结构特点考虑2种施工方案：一种是将蘑菇树倒置整体拼装、多机配合翻身后抬吊就位，另一种是搭设临时支撑、分片安装。

整体吊装与常规分片安装2种方案的比较情况如下：

1）整体吊装需要多机抬吊，施工困难、同步控制难度大；而分片安装吊装简单，且可使用较小型的起重设备。

2）整体吊装施工工期短；分片安装构件数量多，吊装周期长。

3）2种工艺均在拼装胎架上进行拼装，整体吊装由于结构整体刚度较好，故变形小且较易控制；分片安装需要搭设大量临时支撑（图3），吊装过程中由于分片构件柔性大，使得构件之间变形控制难度大、安装速度慢。

图3 分片安装时的临时支撑设置示意

4）分片安装后，仍需在下方搭设满堂脚手架用于完成后续焊接和其他附属结构安装，工序复杂，焊接质量差。

综合考虑上述因素，采取如下施工技术路线：

1）中型蘑菇树由1台50 t汽车吊进行地面倒置整体拼装，完成后由80 t与50 t汽车吊双机完成构件翻身、搁置及抬吊就位。

2）大型蘑菇树下部17.8 t的树干部分整体加工并用80 t汽车吊完成安装，随后27.8 t上部进行地面倒置整体拼装，完成后在50 t汽车吊辅助工况下，由2台80 t汽车吊完成构件翻身、搁置及抬吊就位。

4 施工计算分析

4.1 地基承载力计算分析

蘑菇树安装时需要将汽车吊停机于地下室顶板上，而顶板上有厚1.5 m覆土。因此，在结构和覆土自重以及吊装荷载共同作用下，地下室结构承载能力不仅决定了起重机械的选择，更是施工技术路线可行的关键。

首先，复核80 t汽车吊在开行状态下，厚250 mm覆土楼板的抗弯承载力，之后对结构主次梁、柱承载力均进行承载力验算，确保满足承载力需求（图4）。

图4 楼板x方向弯矩计算结果

其次，进行定点吊装承载力验算。在吊装前，通过放线将汽车吊4个支腿定点于结构主梁和立柱顶端。每个支腿下铺设1 m×6 m的路基箱用于扩散支腿集中荷载。分别复核结构梁柱受力情况，确保满足要求（图5）。

图5 主梁弯矩计算结果

4.2 吊装计算分析

作为施工工艺的理论支撑，吊装前对整体构件进行起吊、翻身、搁置、双机抬吊安装就位等吊装全过程的分析计算，观察其结构变形及强度变化（图6）。

图6 大型蘑菇树吊装过程计算云图

根据上述计算结果，吊装过程中结构应力均处于较小范围，说明结构整体强度及安全系数较高；部分过程变形较大，但均为自重作用下的弹性变形，而由于吊装产生的牵拉变形均在允许范围之内。

5 整体安装施工工艺

以大型蘑菇树为例，整体安装工艺如下：

1）施工前，在汽车吊开行路线铺设钢板；将吊装位置主梁轴网放线到覆土地面，定点吊装支腿支撑在结构主梁上，下方铺设路基箱，扩散吊装荷载。

2）根据蘑菇树尺寸搭设胎架，胎架顶板开设圆管定位槽，便于后续安装。构件拼装的同时将装饰铝板等附属物一并安装，减少后期施工内容（图7）。

图7 地面拼装

3）在拼装的同时，用80 t汽车吊单机将下部树干部分安装就位。

4）拼装完成后，开始进行构件翻身。首先将2台80 t汽车吊吊点设置在主圆管与收边梁节点位置，吊索具选用吊带＋卸扣，便于绑扎和翻身动作。双机缓慢同步起吊，同时转动扒杆使得构件始终沿2个着地点翻转，避免在地上拖行。着地点下方在拼装前需铺设钢板，避免起吊过程中陷入覆土（图8）。

图8 构件起吊

5）当双机起吊到一定高度后，使用登高车将50 t汽车吊吊索具与构件根部吊耳连接。50 t汽车吊作为辅助设备，防止构件在离地瞬间出现大幅摆动和下坠。随后在三机配合下，将构件吊起横置，后逐渐翻转至正面朝上（图9）。

6）构件翻转之后，在两着地点下放置枕木，并通过80 t汽车吊控制构件姿态缓慢下放，同时50 t汽车吊缓慢松钩，逐渐将构件根部下放至地面，着地位置放置枕木（图10）。

图9 50 t汽车吊辅助起吊

图10 构件搁置于地面

7）50 t汽车吊松钩，随后利用登高车将1台80 t汽车吊吊点移至连接环与主圆管节点位置，另外1台汽车吊保持80 kN竖向力，防止构件转动。待移位并使汽车吊持力后，将另外1台汽车吊吊点移位。该工况下构件吊点为4点对称布置。

8）吊点移位完成后，双机将构件缓缓扶正，随后抬吊安装就位。需要特别说明的是，连接位置圆管数量多、间距小，通常在外侧设置临时连接板的临时固定方式难以实现。因此，在深化设计时此处临时连接采用内插式临时连接板。这样既能满足临时固定要求，同时在安装时又能直接插入下方管径内，提高安装精度和效率。

6 结语

异形钢结构蘑菇树整体安装施工工艺的关键在于构件由拼装到安装姿态的调整过程，需要多台起重机械相互配合，从而完成构件姿态的控制、吊点的设置和几次吊点位置的变换。过程中最大的安全风险在于构件从水平横置翻转为向上倾斜的瞬间，此时由于受力方向的转换，钢丝绳与卸扣的连接处有重新拉紧的可能，而突然拉紧会让构件整体振动。因此，需尽量通过双机配合避免2个吊点同时出现该情况。

通过阿里巴巴西溪园区项目景观钢结构蘑菇树安装的成功实践，提炼和总结了异形钢结构整体吊装关键施工技术。整体拼装后由多机配合调整构件姿态，并经过多次吊点的变换完成吊装施工，避免临时支撑等措施的使用，大大降低了施工难度，提高了安装质量和精度，且安全可控，实现了此类结构的高效施工。