复杂竖向结构体系高层钢结构施工关键技术（1）

在现代建筑设计中，对于大空间建筑效果的追求已经成为一种趋势。这种趋势不仅体现在对建筑外观的创新上，而且体现在对建筑内部空间布局与结构设计的深入探索上。

某项目地块T1办公楼建筑在设计过程中巧妙地运用了底部Y形柱的构造，不仅优化了建筑的承重结构，而且使建筑内部空间更加通透，为使用者提供了更舒适、更灵活的使用环境。建筑顶部设置的斜拉索同样为增加大空间建筑效果发挥了重要作用，使建筑在外观上更具现代感和张力。这种组合的设计不仅丰富了建筑的立面表现，也进一步增强了建筑内部空间的开阔感。

以超高层办公楼钢结构施工为背景，详细介绍了底部Y形柱、上部标准层结构体系、顶部核心筒内预埋钢结构以及拉索体系的施工关键技术，旨在总结一套类似体系的办公楼内钢结构施工方法。

1 工程概况

某工程项目包括1栋现代化办公楼以及1栋类似于船体结构的商业文化建筑。项目占地面积达16436.3m ² ，总建筑面积达85866.5m ² 。其中，地下建筑面积为44612.8m ² ，地上建筑面积为41253.7m ² 。T1办公楼位于08地块场北侧，建筑总高度47m，平面布局呈现出规整的方形，平面尺寸为40m×40m，混凝土核心筒为主体结构，外部辅以钢结构框架，地下3层，共10层。主体外框钢结构的南侧设计了Y形钢柱，3层及以上为较传统的柱梁框架钢结构体系标准层，在标准层的4个角部采用了悬挑钢结构，在屋顶层面朝前滩休闲公园一侧通过拉索与混凝土核心筒内的预埋钢结构拉结，形成了悬挑屋面结构体系。

可以看出，整个T1办公楼从底部到顶部各个楼层结构，均体现了大空间的建筑效果（图1）。

图1 T1办公楼效果

2 工程重点分析

（1）钢结构Y形柱是一种设计创新，其设计原 理是利用Y形状的柱子，底部较宽，逐渐向上收缩，最终汇聚为一个较窄的顶部。这种设计可最大限度地减少底部占地面积，为建筑内部提供更多的空间。而Y形柱作为建筑物的支撑结构，需要保持其垂直度，以确保建筑物整体结构的稳定性和安全性。在Y形柱吊装过程中设置临时支撑，保证其施工过程中的稳定性，并确保其垂直度，支撑结构的稳固和准确性对于后续的施工至关重要。

（2）在办公楼施工过程中，塔式起重机的作用在于垂直运输各种建筑材料、构件和设备，类似人类的手臂，必须要能够伸展至施工现场的各个角落。

因此塔式起重机的位置尤为重要，合理布置塔式起重机不仅可以覆盖整个办公楼施工面，而且可以减少塔式起重机的数量，降低施工成本。

（3）3层及以上标准层外框钢结构涉及不同种类的钢梁吊装，主要包括外围柱与柱之间的钢梁、柱与核心筒之间的钢梁以及4个角部的悬挑部分钢梁，需考虑这些不同类型钢梁施工过程中的临时连接 措施。

（4）与拉索拉结的核心筒内埋剪力钢板其下部第1节锚固段钢柱1?m长度，底部无任何连接构造，施工存在难度，为此锚固段的施工主要考虑以下两种方案： 第1种方案是在锚固段钢柱下方做临时支架，核心筒混凝土一次浇筑； 第2种方案是核心筒混凝土分两次浇筑，从而完成锚固段的吊装固定，需分析两种方案的优劣，最终明确一种施工方案。

（5）悬挑屋面层结构通过径向主梁上部的拉索将荷载传递至核心筒，吊装焊接阶段需将临时支撑设置在9层主结构钢梁上，确保稳定性，并分析楼层面承载力。

拉索索力与悬挑楼层面变形紧密相关，需全过程模拟并分析各阶段索力及结构变形，确保满足设计 要求。

3 Y形柱施工工艺

Y形柱在施工过程中的核心就是其分段和临时支撑的设置。分段施工可以有效控制施工难度和精度。通过将Y形柱合理分段，方便材料的运输、吊装和安装，降低施工难度。

同时，通过增加临时支撑，确保每一段的施工精度和质量，从而提高整个Y形柱的稳定性和可靠性。底部Y形柱如图2所示。

图2 底部Y形柱

3.1 Y形柱分段方法

结合Y形钢柱节点区域自上而下的传力路径，可以将Y形柱自上而下分段为4个部分，分别为基础部分、中间部分、上部钢梁和上部钢柱。基础部分由钢柱CFT–y1与钢柱CFT–y2和CFT–y3组成；中间部分为钢柱CFT–y2和CFT–y3；上部钢梁为钢梁GKl9040a；上部钢柱由CFT85与楼面钢梁组成。值得强调的是，在分段设计过程中，每个分段的最大重量都被严格控制在塔式起重机的起重能力范围内。

3.2 Y形柱施工过程中临时支撑设置

在Y形柱吊装过程中，临时支撑措施起着至关重要的作用。其主要功能：一是有效防止斜向的Y形柱构件在吊装松钩后因失去外力支撑而发生倾覆风险；二是通过临时支撑对Y形柱结构进行精确调整和校准，确保结构的准确性。

因此，在Y形柱吊装过程中，必须精心选择临时支撑的设置位置。这一选择需确保支撑点能够有效支撑Y形柱，同时避免对施工作业和对其他结构造成不必要的干扰。此外，临时支撑结构的稳定性与可靠性至关重要，必须能够承受Y形柱的侧向重量以及施工过程中的各种潜在荷载，同时保持其稳定，不易发生倾斜或移动。

基于上述考虑，选用了30a工字钢作为临时支撑材料。其支撑平面位置位于斜向Y形柱的上端1/3处，这一位置的选择确保构件的重心位于支撑点位的内侧。为了进一步增强支撑结构的稳定性，其底部与地下室顶板内预埋件通过10mm围焊，其顶部根据斜柱的斜面进行了精确切割，以确保与Y形柱的斜撑能够紧密贴合。同时采用电焊加固的方式，防止临时支撑在施工过程中发生位移，如图3、图4所示。

图3 临时支撑立面示意

（a）

（b）

图4 临时支撑底部及顶部示意

（a）底部；（b）顶部