弧形立面结构的施工技术研究

汤洪家

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

1.1 工程简介

浦江双辉大厦办公楼项目（2E2-2地块）位于上海市浦东新区陆家嘴金融中心区，地块东侧为保留建筑船台及拟建的中船项目，南靠银城中路、西依浦东南路、北侧为2E2-1及2E2-4地块。此项目地下4层，地上由2幢均为49层的A、B塔楼（办公楼）及1层天窗（局部为钢结构）组成，总高度216 m，总建筑面积300 000 m2（2幢塔楼各100 000 m2，地下室100 000 m2）。

1.2 上部结构概况

A、B塔楼的建筑及结构形式皆呈东西向对称布置，结构类型为内筒外框（劲性）结构，核心筒墙体和外框柱内设有劲性钢柱。

A、B塔楼相对立面为圆弧曲面（先向内收，后向外放），其余三立面均为平面，因此相对立面侧的外框劲性柱随结构外立面的改变而产生内倾及外倾，形式表现为倾斜柱。斜向劲性柱在1～16层为内倾段，16～34层为竖直段，34层以上为外倾段，倾斜角度为4.5°，柱截面尺寸最大为2 m×2 m（图1）。

图1 建筑物剖面示意

2 主体结构弧形立面施工难点

本工程2幢49层塔楼弧形立面产生的施工难度主要表现为以下2个方面：

1）外立面由下至上呈圆弧形变化，外脚手架设置困难。

2）圆弧立面处劲性柱呈倾斜变化，柱截面尺寸为1.3～2.0 m，模板安装施工难度高。

3 相关技术研究

3.1 测量放线

3.1.1 塔楼的单体平面测量控制网

鉴于地下室结构整体施工周期较长，因此在地下室施工时，采取分区域先后施工的形式以节省工期。A、B塔楼底板完成后，按单体分别先行施工，塔楼进度领先于其他地下室区域，因此分别在塔楼及地下室区域设置单体控制网。为统一结构整体性，每隔15层对塔楼各独立控制网进行轴线系统校核。非布网楼层的相应控制点位置留设0.2 m×0.2 m的孔洞，为测量创造通视条件。

塔楼逐渐增高时，测量误差也将随之增大，为减少、消除此影响，设置3次平面控制网转换。各控制点每15层进行一次控制网迁移，即分别在11层、26层、41层施工完毕后，将下部的控制网转移至该层楼面，使用该控制点直至结构封顶。控制网转换必须严格控制精度，使转换过程中的精度损失减少到最小。

3.1.2 弧形面的平面测量控制

1）内倾区域放线步骤如下（图2）：

图2 内倾区域放线示意

2）外倾区域放线步骤如下（图3）：

3.2 弧形立面脚手架施工

3.2.1 方案选型

塔楼圆弧侧立面曲面尺寸变化较大（最大处约8 m），若使用整体提升脚手架，则竖直面与圆弧曲面相交处的2个阳角较难处理，危险性较大。经研究分析，最终决定采用落地脚手架＋型钢悬挑脚手架的方式。综合考虑安全及经济因素，并经过反复计算，决定在1～4层楼板区域采用单立管钢管扣件式落地脚手架，从塔楼4层结构楼板面起搭设型钢悬挑脚手架，直至结构顶。

1～4层楼板区域搭设落地脚手架，即从地下室顶板搭至4层结构楼板面，最大搭设高度为21.9 m。

图3 外倾区域放线示意

3.2.2 型钢悬挑脚手架搭设总体布置

从4层结构梁板面开始搭设型钢悬挑脚手架。根据各楼层的结构和高度变化，立杆纵距为1.2～1.5 m。根据各层型钢悬挑高度，圆弧曲面配备3套型钢和相应钢管等配件，沿高度方向交替上升。考虑到本工程搭设高度较高（塔楼结构顶相对标高为＋215.3 m），脚手架受风荷载影响因素大，经计算得出：第4层起每4层一挑；第36层起每2层一挑，挑至结构顶，待顶层结构施工完毕后在高空拆除。

3.2.3 型钢悬挑脚手架现场搭设要点

悬挑脚手架主梁采用18#工字钢，型钢间距1.2～1.5 m，与立杆间距相同。竖直面工字钢总长3.35 m，固定端长2 m，悬挑端长1.35 m；圆弧曲面工字钢总长4.5 m（个别阳角处为5.5 m），固定端长2.294～3.298 m，悬挑端长1.202～2.206 m。固定端端部采用2道φ16 mm的“Ω”形一体式锚栓固定（锚栓预埋在结构梁板内，与钢梁采用钢楔嵌实固定），在悬挑端加设1道φ16 mm的“Ω”形锚栓固定，固定端端部再设置顶撑管与上层楼板顶牢（图4）。

图4 圆弧曲面悬挑脚手架侧立面

局部外墙转角处悬挑型钢带连梁布置，主梁间距1.787～2.471 m，连梁采用12.6#工字钢，连梁与主梁通过各自翼缘上的对接钢板用螺栓连接，钢板上开设腰子孔，以便进行细微调整，同时也便于连梁的周转使用，其余构造同普通悬挑型钢。

圆弧曲面28层以上的悬挑楼层，其2个阳角处的型钢悬挑长度较大，故此处采用长5.5 m的18#工字钢，其悬挑端下部设置16#槽钢斜撑（图5）。

图5 个别阳角处超长型钢节点

型钢安装时，安装面的结构梁板混凝土强度等级需达到C20以上（含C20），以保证已完结构质量。因结构外围有14根大截面矩形柱（截面为1.3 m×1.3 m～2.0 m×2.0 m），型钢间距小于柱截面，故需在矩形柱外侧面设置钢牛腿悬挑钢梁，下设钢斜撑（图6）。

图6 框架柱外侧型钢悬挑节点

3.3 劲性斜柱施工

劲性斜柱侧模板需采取有效的防倾措施[1-3]，以抵消混凝土浇筑时由于柱子倾斜而产生的附加倾覆分力。斜向劲性柱模板采用九夹板，横向围檩采用8#槽钢双拼，间距0.6 m，竖围檩采用50 mm×100 mm木方，采用φ20 mm对拉螺栓拉结模板（图7、图8）。

3.3.1 现场施工要点

支模前对新老混凝土接缝处的垃圾、杂物应清除干净，浇筑前进行浇水湿润，但不得有积水；对斜柱上下口模板的拼缝采用油腻子批嵌；浇筑时每个斜向劲性柱必须分3层浇捣，每次分层不超过1.5 m，并设置窜筒。

模板支撑体系完成后，对支撑形式、扣件、围檩、拉结数量和位置等进行全面监控检查，同时抽查螺帽数量及拧紧程度，并做好相关检查记录，确保模板支撑100%按照方案搭设。

为了解本工程大截面斜向劲性柱的实际施工质量情况，在施工过程中不断摸索拆模时间，最终确定为结构混凝土浇筑10 d后拆模，且拆模后立即包裹塑料薄膜进行养护，此方法使斜柱偏差显著降低，裂缝明显减少。

3.3.2 实际施工效果

基于上述施工技术，针对2E2-2地块，工期方面，结构施工平均速度为4 d/层，最快时达到3 d/层，结构提前封顶；质量方面，最终大截面斜向劲性柱质量控制在目标值以内，裂缝宽度在0.1 mm以内，远小于规范要求数值。

图7 内倾斜向劲性柱支撑系统（1～16层）

图8 外倾斜向劲性柱支撑 系统（34～49层）

4 结语

根据施工前着重对曲面结构施工技术的研究分析及研究期间的专题会议、现场调查等活动，并综合结构整体和现场实际情况，从而制订出弧形立面结构的相关施工技术方案。此方案系统性地解决了施工过程中遇到的各项质量问题，使得施工质量这一关键线路能顺畅地走到最后。最终浦江双辉大厦办公楼项目提前结构封顶并提前完成建设单位的节点目标，各项指标均高质量地达到了设计要求，获得各方的一致好评，取得了良好的社会效益。本文所涉及内容，如针对性的技术方案、模板支撑形式、拆模时间的严格控制及把关、施工过程的监督检查等，对今后类似工程的施工质量控制具有很好的参考价值。