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上海世茂深坑酒店近崖壁20m凌空升降机设计与施工

作者:赵明  发布:2017/8/11  浏览:
单位:浙江广播电视集团

摘 要:上海世茂深坑酒店主楼为异形双曲线钢结构。建筑外立面可用于安装施工升降机的垂直面非常少。为了解决主楼砌筑、机电及装饰装修等工程大量人机料的垂直运输问题,综合考虑主楼结构形式及天然崖壁地形特点,设计出了20m凌空近崖壁施工升降机,成功解决了坑内主楼施工垂直运输问题。

1 工程概况

上海世茂深坑酒店位于上海佘山国家旅游度假区核心,利用采石形成的山体深坑,依附深坑岩壁而建。工程总占地面积105 350m 2 ,总建筑面积59 058. 6m 2 。其中地上 2 层,地上裙房 1 层地下室,坑内 16 层,其中水下永久结构 2 层。各楼层建筑平面两侧均为圆弧形曲线客房单元,两侧圆弧形曲线客房单元沿径向的竖向剖面也呈现不同的曲线形态。是国内首个集大型住宅、酒店、休闲娱乐于一体的超五星级酒店。

2 现状分析

2. 1 运输需求分析

根据测算,酒店施工高峰期将出现在综合机电、装饰装修以及幕墙工程交叉施工阶段。由于工期紧张,在高峰期各工种作业总人数最高将达到310 人。大量的施工人员、器械及材料给垂直运输带来非常大的压力。经过分析计算,本工程需要 2部 SC200/200 施工升降机。

2. 2 场地条件分析

本工程结构呈异形双曲面,外立面凹凸变化较大,只有 3 个可供安装施工升降机的垂直面,如图 1所示。然而两侧的结构垂直面为整体结构的最薄弱部位。经设计院计算,确定无法安装施工升降机。而建筑中部的瀑布形幕墙施工周期较长,如果在此设置施工电梯,将严重影响外立面整体施工进度。综上所述,在结构外立面设置施工升降机不可行。

图 1  酒店外立面示意

3 方案设计

3. 1 施工升降机选址

本项目利用三维激光扫描仪将崖壁全貌扫描生成点云模型。将此模型经过处理与深坑酒店 BIM模型进行整合,建立了涵盖建筑物信息及地形地貌的综合 BIM 模型,如图 2 所示。

图 2  项目综合 BIM 模型

将电梯模型加入 BIM 模型进行模拟安装。通过对比分析,综合考虑地形条件、安装难易度、运输便利、结构安全等因素,最终确定将施工升降机设置在结构内立面与崖壁之间。电梯基础架设在 B14层结构标高。利用 B14 层结构与崖壁天然平台架设跨越式钢结构基础平台,如图 3 所示。运输范围B14 层 ~ 坑上 2 层,B15,B16 层位于水下,四周为全封闭剪力墙,无出入口。故电梯无法下至此部分楼层区域。这 2 层采用小型移动式门式起重机来解决垂直运输问题。

图 3  施工升降机布置示意

3. 2 基础设计

3. 2. 1 跨越式钢平台设计

根据现场实际情况及结构形式,选用 I40a 作为施工升降机基础主梁,放置在标准节中心安装位置;另外选用 I20a 两边各 2 根作为辅助梁,设置在主梁架两侧,距主梁间距 1 310mm;辅梁与主梁等高度。主梁与辅梁间每隔1m 设置1 根I20 作为连梁,如图4 所示。主梁与辅梁一端与 B14 层结构剪力墙用 M14 化学锚栓固定,另一端用焊接的方式与放置钢结构预埋件的混凝土独立基础相连,如图 5 所示。并辅以 U 形钢筋拉环配合硬木楔固定,如图 6 所示。埋件所用钢板均为 20mm 厚,材料均为 Q235B,锚筋采用直径20mm 的螺纹钢,长300mm,端部焊接长 100mm,采用穿孔塞焊;焊条采用 E43 系列,焊缝应饱满平整,无渣滓、无漏焊缺焊。

图 4  跨越式钢结构基础示意

图 5  钢梁端部连接件示意

图 6   混凝土基础处 U 形钢筋抱箍示意

3. 2. 2 钢结构基础验算

由于钢平台主要承重构件为双拼主梁,辅梁只作为构造措施,故只需验算主梁承载力。

1)主梁简支梁模型如图 7 所示。

图 7  基础主梁验算模型

F = 165kN;计算可得,F R1 = 118. 2kN,F R2 =46. 8kN;M max = 213kN·m。

建筑物楼板节点处单点最大支反力为118. 2kN,最大支反力支承点支承于结构外墙顶部,经复核,结构承载力满足要求。

2)力学特性

主梁选用 I40a,竖向惯性矩 I x1 =21 720cm 4;竖向轴抵抗矩 W x =1 090cm 

3)主梁强度计算

式中: γ x 为截面塑性发展系数,查表 γ x = 1. 05。

3. 2. 3 崖壁侧混凝土独立基础设计

每根钢梁近崖壁的端部设置 1 个独立基础,尺寸为 600mm ×600mm,厚度≥300mm。面层、底层及侧面配筋皆为Φ10@ 150。混凝土强度等级为 C30。基础基底必须清理至坚实的岩面,由于基础地面基岩面局部存在一定坡度,坡度≤30°。所以每个独立基础下方植入基岩 8 根 Φ20 的钢筋作为抗滑移措施,入岩深度 500mm。锚筋分布形式如图 8a 所示,基础配筋如图 8b 所示。经验算,混凝土基础满足要求。

图 8  锚筋分布与基础配筋

3. 3 连墙件设计

采用直接附墙式,附墙架连接在结构钢梁的连接件上。连接件采用连接耳板的形式,与钢梁上翼缘焊接。连接耳板为 Q345,厚度 18mm,宽度为100mm。焊缝等级为二级,焊缝长度 200mm,采用手工焊,焊条为 E50。施工升降机附墙及连接耳板如图 9 所示。

图 9  施工升降机附墙及连接耳板示意

根据施工升降机厂家提供的荷载。利用MADIS 对附着点的结构钢梁在最不利工况下进行计算复核。经验算,扶墙节点处最大应力及最大应变均在结构正常承受范围内,满足要求。

4 方案实施

4. 1 混凝土基础施工

4. 1. 1 基层处理

在施工混凝土基础前必须先对崖壁端进行处理,以保证基层承载力满足设计要求。首先将面层碎石等杂物清除,露出岩面。随后根据放出的基础定位线进行打凿开槽,保证基底高度能满足基础最小厚度 300mm 的要求。同时,将基层风化较为严重的岩石清除,保证基岩的强度满足设计要求。

4. 1. 2 基础施工

根据拟定基础位置,利用经纬仪配合激光测距仪进行基础精准定位。定位完成后,在每个独立基础的基层岩石内植入 820 抗滑移锚筋。随后将根据实际地形定制的基础钢筋笼连同 U 形钢筋拉环一并放置于对应位置。紧接着将钢梁锚板定位安置在钢筋骨架上。待平面位置及标高复核完毕后,浇筑混凝土。

4. 2 钢结构基础施工

根据钢结构基础形式及塔式起重机吊运能力综合考虑,决定将钢结构基础整体划分为 4 个分块,每块由 1 根主梁加 1 根辅梁及若干次梁组成。

每个分块在地面拼装完成后,由塔式起重机分批吊运至各对应位置进行定位安装。由于基础的水平度将直接影响人货电梯标准节的垂直度,所以在最终固定钢基础前,利用水平尺进行粗调,再用水准仪进行精调。确保钢基础的水平度满足要求。安装完毕后,立即进行表面除锈并涂刷防锈漆。

4. 3 电梯安装

由于电梯基础无法预埋 K 型架锚固地脚螺栓。故 K 型架固定改为采用 └ 100 ×8 与钢基础进行焊接连接。每个 K 型架设置 10 个焊接固定点。电梯标准节及梯笼安装与常规无异,此处不再赘述。

5 结语

凌空 20m 近崖壁施工升降机的创新设计成功地解决了本项目在场地条件有限、外立面结构不规整的情况下施工升降机设置的难题。满足了施工现场人机料垂直运输的需求。另外,三维激光扫描结合 BIM 技术在施工升降机选址及安装模拟分析过程中的成功应用,给上述新技术在建筑施工领域中多方面、深层次的应用提供了新的思路。

摘自《施工技术》
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