一号塔楼屋顶皇冠位于塔楼顶部297.850m(L67M层)至34595m标高处,为复杂空间结构,造型总高度为46.745m。钢结构用量约为1500吨。皇冠结构造型奇特,结构复杂,因为形状类似一个皇冠而得名。见图1、2。
图1效果图 图2Tekla模型
(2)结构特点:皇冠结构由不规则的“回”字型构成,由核心筒67夹层(L67M)开始抱箍向上延伸,延伸至L69层之后,在第4层位置(即核心筒顶部)经结构转换变为内外两排框架,内外框架之间通过水平桁架、屋顶桁架和其他斜腹杆相连形成空间管桁架结构。皇冠结构竖向共分10个结构层,其中西北角最高,为10层(标高34595m),东南角最低,为4层(标高311.880m),西南、东北两个角高度相同,为7层(标高328.555m),皇冠东西两侧为曲面。见图3、4。
图3侧立面 图4俯视图
(3)设计难点:由于皇冠项目整体采用钢结构,且全部是复杂的空间关系,这在传统的二维工作模式下已经无法精确的表达复杂建筑的空间造型,同时为了能够直观的展现给业主和总包单位并方便交流与决策,因此我们采用了BIM技术。基于BIM设计平台,在结构方面通过使用多个计算软件对该项目在节点、整体抗震、风环境等方面分别作出节点分析、动力弹塑性、风洞模拟等智能计算分析,突显了运用BIM技术的成熟性以及多样性。见图5、6。
图5Tekla建模 图6Sap2000结构分析
(4)施工难点:皇冠二次结构包含南侧擦窗机支撑架、屋顶斜坡擦窗机支撑架、卫星碟平台支撑架三大部分,根据总体施工进度计划要求,拟先安装南侧擦窗机支撑架,再安装屋顶斜坡擦窗机支撑架,最终完成卫星碟平台支撑架。施工安装次序的问题采用BIM进行施工模拟来解决。见图7。
图7皇冠二次结构
(a)南侧擦窗机支撑架为框架支撑结构,结构相对较为简单,具体安装顺序为:埋件安装(柱脚)施工→钢柱安装→钢梁以及斜撑安装→顶部片式桁架整体吊装→次梁散件安装→钢格栅、楼梯扶手、爬梯等辅助结构安装。见图8。
图8南侧擦窗机支撑架
(b)屋顶斜坡擦窗机支撑架分为东西南北四个面,拟先安装南侧、再安装东西两侧,最后安装北侧。见图9。
图9屋顶斜坡擦窗机支撑架
(c)由于屋顶斜坡擦窗机的功能要求,斜坡擦窗机支撑架的为双面倾斜,且东西两侧整体呈弧线型,另一方面,受到皇冠主体结构已经完成的限制,擦窗机支撑架结构布置差异性加大,各榀支撑架的空间坐标无规律可续,无法采用普通的平面坐标控制方法去进行测量定位,因此本工程通过BIM技术将深化设计模型的空间定位与工程实际现场坐标进行关联和转换,使模型中任意构件的三维坐标都与实际一致,然后根据需要在深化模型中建立坐标球,再对坐标球按照统一规则进行编号,最终导出所需构件的三维控制坐标,从而实现了屋顶斜坡擦窗机支撑架复杂空间结构的测量定位。见图10。
图10屋顶斜坡擦窗机支撑架三维模型中的坐标球
(d)卫星碟平台支撑架由7个卫星碟平台、2个卷扬机房平台、3个停泊平台以及连接这些平台的钢楼梯组成。平台框架均由H型钢组成,且全部为全焊接刚接节点,其中7个卫星碟平台位于皇冠内侧东、北两个面上,为带斜撑的悬挑结构。卫星碟平台通过钢楼梯相连,并最终通过钢楼梯直接与ROOF层相连。根据结构特点,此部分的施工顺序将按照从下往上,先安装屋面钢楼梯,再依次安装卫星碟平台与相连的楼梯,与之临近的卷扬机房平台与停泊平台在此期间穿插同时施工。见图11、12。单个卫星碟支撑架安装时应首先安装带斜撑的支撑架,然后再安装平台框架,以确保安装的结构为一个稳定体系。
图11卫星平台图12单个卫星平台
文:国辉
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