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超高大跨群塔支承钢铝组合网壳屋盖云廊结构悬空安装技术

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G60科创云廊项目位于上海临港松江科技城,G60沪昆高速新桥段西侧,由国际著名建筑师拉斐尔·维诺里设计,是在23栋双排塔楼群上建造一条长达1.5km、宽126m的钢铝合金组合结构空中云廊。G60科创云廊一期屋盖工程由上海建工机施集团总承包。


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G60科创云廊屋盖工程建筑效果图


云廊工程一期屋盖长736m,最大跨度134m,投影面积约8.2万㎡,屋盖为金属杆件四边形格构形成的单层曲面网格壳体。铝合金结构用量约2200吨,钢结构约4400吨,屋盖含四边形结构单元7779个,其中1784个单元上安装太阳能光伏发电模块,结合辐照分析,以塔楼顶部为中心向四周发散。


G60科创云廊屋盖工程采用“群塔支承单层钢铝组合自由曲面网壳”结构体系。网壳通过56根树杈形钢柱支承于11栋混凝土塔楼顶部,在几何形态上呈连续起伏的波状,通过塔楼间的波谷与塔楼顶部波峰的交替结合,实现了力学和美学的双平衡。网壳的结构标高分布在86m至103m之间,高差起伏变化较大, 其中有6.6万㎡的网壳处于塔楼之间的悬空区域。


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云廊屋盖分区施工技术路线图

G60云廊的总体结构特征有5点,分别是群塔上盖网壳除楼顶投影面外区域处于塔楼之间的悬空区域;超高空网壳支承于混凝土塔楼顶部,整体结构位于100m的超高空;大跨度网壳整体长度超长,塔楼之间净跨超大,网壳相连支承点位之间的最大净跨度132m;单层曲面,网壳在结构整体施工成型之前刚度较差,施工过程的形态和应力水平控制要求高;节点复杂,网壳结构波浪起伏,多杆不共面汇交,节点连接极为复杂,深化设计、加工制作和现场安装的精度控制要求高。

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G60科创云廊屋盖工程实景图

根据G60科创云廊工程结构特征,结合网壳结构施工工艺,技术团队创新研发了以多机械设备协同工作为主线,基于全覆盖、可升降、模块化的高空承重钢平台体系,进行分区分块流水吊装和卸载的施工方法,解决了钢铝组合网壳在超高空的高精度悬空安装难题,在保障网壳杆件安装精度的同时,大幅提高了施工效率和施工安全性。
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工程技术应用

 1   网壳分块吊装技术

G60科创云廊屋盖工程采用钢铝组合多跨连续单层自由曲面网壳结构体系,通过钢结构树杈柱与多栋塔楼的楼顶相连。针对铝合金构件铆钉连接安装精度高的要求,充分考虑到单层网壳结构在成型前刚度较差的技术特点,创新研发了基于全覆盖、可升降、模块化高空承重钢平台的网壳分块吊装技术,实现了单层网壳组合单元体的快速、高精度原位安装。

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云廊屋盖中庭区域施工现场照

 2   高空承重钢平台实施技术

遵循施工总体技术路线,研发设计了网壳结构高空拼装的承重施工钢平台,钢平台采用“钢桁架+主次梁”结构体系,具有模块化拼装的特点,可实现分区施工时的快速拆解和拼装。另外,在大跨平台的中间区域增设提升支架,将单跨结构优化成三跨连续结构,节约了平台的用钢量、减少了塔楼提升支点的加固工作量。

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高空承重钢平台体系构成图

 3   首创80m级装配式贝雷架格构竖向临时支撑体系

本工程针对塔楼之间的低连廊区域设置的临时支撑高度高、体量大的特点,首创了80m级装配式贝雷架格构竖向临时支撑体系,由标准贝雷架在地面4合1组拼成矩形格构截面后,吊装至高空并通过销轴机械连接成体系。通过柔性钢棒交叉支撑增强贝雷架支撑体系的抗侧能力,同时在靠近塔楼、连廊等既有结构的位置,设置加强框与扶墙等水平支撑体系,将贝雷架体系与既有结构进行可靠连接,大幅提高其整体稳定承载力。

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80m级装配式贝雷架格构竖向临时支撑体系

 4   群塔设备选型及布置技术

根据11栋塔楼及下部裙房的空间情况和施工工艺流程安排,通过合理布置履带吊、行走式塔吊和固定式塔吊等设备协同工作,实现了对网壳结构和高空支承临时钢结构平台的安装范围全覆盖,保证了现场的安装。

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G60科创云廊屋盖工程机械设备布置图

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G60科创云廊屋盖工程机械设备布置图

 5   超大面积大跨度网壳结构分区卸载技术

通过对安装和卸载两种不同工况变量下施工全过程的模拟分析,以网壳结构施工附加应力和挠度限值为目标定量,研发了基于可调托座支撑体系的超大面积大跨度网壳结构分区卸载技术,实现了对整个云廊屋盖网壳的分区卸载。分区卸载方案的实施不仅可以实现卸载区域网壳结构、下方塔楼及裙房后续施工的提前开展,节约总工期,卸载后支承网壳的施工措施钢平台也可快速拆除和翻用至后续施工分区中,节约了整体施工措施用量。

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G60科创云廊屋盖工程分区卸载示意图

 6   大跨度高空钢平台结构长距离整体下降技术

通过对提升设备和相关控制程序的改进,首次实现了基于计算机同步控制的大跨度钢平台结构的长距离整体下降,避免了网壳结构卸载后,在下方近距离高空拆除承重钢平台的风险。该技术的应用还大幅度降低了屋盖施工对大型机械设备的需求,为承重钢平台进行分区的快速翻用提供了技术保障。

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施工平台整体提升、下降工况

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施工平台整体提升、下降中控面板

 7   铝合金网壳安装技术

G60科创云廊铝合金网壳采用不锈钢环槽铆钉的机械连接形式,安装精度极高,现场严禁修扩孔。技术团队根据预起拱BIM模型进行空间杆件的一体化深化设计和数控加工,同时通过施工模拟分析网壳和钢平台的协同变形,提取施工过程中杆件汇交节点的三位坐标测量控制数值,最终确保网壳结构在卸载成型后几何位型的高精度呈现。

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钢—铝合金组合鼓式节点深化模型

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铝合金板式节点深化模型

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云廊屋盖单元吊装示意

 8   施工全过程监测和控制技术

在整个施工过程中网壳结构、下部既有混凝土结构以及众多施工临时结构均存在数次结构体系的变化。本次工程采用施工监测技术,对整个施工过程中各阶段的重点构件内力及节点位移进行全过程动态跟踪监测。施工过程中将重要构件、应力最大的构件以及应力变化率最大的构件均纳入到监测范围之中,通过全过程的动态监测、预警控制等技术,保障施工过程中各类结构体系的安全可控。

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钢平台应力监测测点分布图

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施工监控系统组成图

在G60科创云廊工程中,上海建工机施集团发挥科技创新优势,组建设备、结构、机械、机电控制、信息化等多专业联合攻关团队研发并综合应用了多个专项技术,在国内首次实现了超高空、大跨度的群塔支承单层钢铝组合自由曲面网壳的高精度快速安装。

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G60科创云廊

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供稿/ 武诣霖
审核/ 贾宝荣  责任编辑/ 程曦
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作者: ganggouren

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