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[分享]28根清水混凝土柱，撑起万吨大跨度外悬挑钢结构建筑，国内罕见！
在国内，空中悬挑结构建筑造型，
或许并不稀有，
但是，
用1万多吨钢结构，
将整个单体屋面悬挑出来的建筑
你一定没有见过吧？
今天，
工地君就为大家介绍一栋
超长悬挑结构建筑
——上海图书馆东馆
▲建成后的上海图书馆东馆造型
▲项目最新建设情况
上海建工四建集团项目经理张永陟介绍说：“整个工程共用重达2万多吨的钢结构建造，单是屋面桁架及悬挑系统就有1万多吨，而且大量运用了Q420等高强度钢材。建筑外侧有最大跨度达16.8m的悬挑结构悬挂于屋盖，由28个斜拉杆支撑，受力原理跟扁担类似。国内也有其他结构设计原理相同的建筑，不过，这么大体量的悬挑结构应用在一栋单体建筑中的，却是少之又少。”
上海图书馆东馆项目主要包括新建一座集中式大型公共图书馆，总建筑面积为114951㎡，地上建筑面积为77968㎡。地下局部2层，上部结构7层，高度达50m，上部是钢结构为主体的框架剪力墙体系，28根支撑圆柱及核心筒东西侧均为清水混凝土。由上海图书馆建设，上海市工程建设咨询监理公司代建，丹麦SHL建筑师事务所及上海院合作设计，上海建科监理，上海建工四建集团总承包，安装集团、机施集团、三鑫科技专业分包。
▲项目建设信息图
一走进施工现场，工地君就发现它的文明施工做得不错，而且有不少亮点：
安全通道不但设置得规范，在它的入口左上角还有一只白色的喇叭，每当有人通过时，这只红外线感应喇叭就会自动播放安全须知，时刻敲响安全警钟。
▲安全通道顶部也采用盘扣式脚手架
▲安全通道两侧贴满了形象生动的中英文安全注意事项
整条安全通道都采用了经久耐用、可周转的镀锌压型钢板。据项目经理张永陟介绍：“虽然压型钢板单次投入成本较高，但是今后还可以在多个工地上多次循环使用，这样平摊算下来的成本是不高的。”
在现场体验区这里，也做了多个种类的布置。不难看出，项目部在安全管理方面也是下了一番功夫的。
▲半封闭式的安全晨会讲评台
▲规范的临边洞口防护措施
▲显眼整齐的防护栏
▲现场区域清晰的指示标识
在中庭区域，这根“定海神针”引起了工地君的关注。谈起它的施工难点，上海建工四建集团副总工程师徐整伟说：“这是一根高达21.5米的劲性清水混凝土圆柱，分四次浇筑最终成型，真的不容易，需要克服垂直度控制、混凝土色差控制和成品保护这三大难题。”
说着带工地君看到另一个已浇筑完成的劲性清水混凝土圆柱，仔细一看确实外观饱满、表面平整。
本工程上部结构4个核心筒东西两侧剪力墙，以及主楼与部分裙房区域圆柱为清水混凝土。清水混凝土应用面积约11300平方米。
1）层高高、内部有较大截面的型钢柱
劲性圆柱普遍高度在6.2m以上，包括1根高21.5m，1根20.2m以及2根14m圆柱。
独立柱层高很高，混凝土浇筑必须分段实施。如何防止砼离析，同时保证砼浇筑密实，尤其是要精确控制独立柱整体垂直度，这给现场施工带来了严峻挑战。
2）梁柱节点有外伸钢牛腿
本工程梁柱节点处存在外伸钢牛腿，限制了模板的安装和合模方式，模板的选择余地变小，且圆柱模必须在梁下合模。此外，工字型或箱型钢梁对梁柱节点模板的现场镶拼带来不小难度， 其施工质量将直接影响圆柱节点造型及是否会产生漏浆。
3）劲性混凝土强度等级高、易产生温度裂缝
本工程框架柱及剪力墙的混凝土强度高，等级为C60。在保证强度的情况下，单位立方米水泥用量较高，水化热较大，加上墙柱内部暗柱、剪力钢板等的约束，极易产生裂缝， 裂缝对清水砼的观感影响较大，且难以进行修补。
4）门洞、管弄等的不规则分布对模板、螺栓眼的排列影响较大
从现有图纸看，核心筒内分布着较多的门洞、管弄、消防箱等，且分布没有规律可循，这些均影响饰面清水混凝土蝉缝、螺栓眼的设置，饰面清水混凝土对模板、螺栓眼的排版要求很高。此外，与桁架梁连接的外伸牛腿、幕墙埋件等也是影响清水砼墙面观感质量的重要因素。
为破解施工难题，项目部开展了多场科技攻关活动，先后进行了四次清水混凝土试验，保证了最终成品一次成优。
▲第一次定型木模及内部构造小样
▲第一次清水砼柱小样
第一次清水混凝土圆柱小样在外借场地施工，共一根圆柱、一面转角剪力墙。
圆柱高3.6m，采用定型木模，竖向蝉缝两条，水平蝉缝间距1.2m。
▲第一次板墙模板小样
▲第一次清水砼板墙小样
剪力墙墙体高度3.57m，一侧采用芬兰板，一侧采用普通优质木模。
▲清水砼第二次小样
▲第二次定型木模小样
▲第二次纸筒模小样
第二次清水混凝土小样，两根圆柱、两面剪力墙。
柱1根为3m，模板采用纸筒模，无水平蝉缝，有螺旋状纹路。另一根为4m，采用定型木模，竖向蝉缝两条，水平蝉缝间距为3m 。
▲第二次清水砼板墙模板小样
混凝土墙高均为2.4m，一面墙两侧均采用芬兰板。另一面墙一侧采用金属面模板，一侧采用光面优质木模。
▲清水砼第三次小样
▲第三次清水砼圆柱模板小样
第三次清水混凝土小样为一根圆柱、一面剪力墙。
清水混凝土柱1根为3.6m，采用木模内衬软玻璃面板定型木围檩加固，高度方向分两次浇筑。
▲第三次清水砼板墙模板及预埋线盒
清水混凝土墙一面采用金属面模板，一面采用普通木模板；铝合金围檩调整为镀锌方管；金属面模板侧门洞，设置倒角条；墙面预埋开关线盒。
▲清水砼第四次小样
第四次小样为两根圆柱；此次小样仅模拟钢筋排布，不设剪力钢板。其中一根为方圆模板，另一根为玻璃钢模板。
方圆模板柱高度为4.8米。围檩采用配套抱箍，不设明缝，蝉缝有竖向两道、水平一道（高2.4m处），接缝处增设连接片。
玻璃钢模板，柱高度为3.6米。围檩采用配套抱箍，不设明缝，蝉缝有竖向两道、水平无缝。
1）悬挑结构以吊柱挂于屋架结构，悬挑长度最大16.8米，变形控制难度大，最大起拱量超过100mm，且吊柱粗达210mm，吊柱节点位置 板厚160mm，需进行节点试验 验证该部位可靠性。
2）本工程中的钢结构节点复杂，加劲肋密集，且框架柱及框架梁（桁架）、吊柱、上翻桁架、次桁架均采用Q420等规格，最大板厚达到100mm。
因此，工程钢材等级高、焊缝多、要求高，同时焊接作业多为高空、 悬挑临边施工，焊接时需搭设焊接操作平台，焊接作业条件十分复杂。
3）本工程楼层桁架、屋盖桁架自重大，钢结构总吨位数逾25000吨、 屋面桁架吨位逾8000吨、悬挑区域约3700吨。主楼外围一圈均为悬挑桁架下挂结构楼层，整品桁架不仅仅重量超过塔吊起重量，而且最长约23 米。
工地君在现场看到16.8米大空间钢结构布置，整栋建筑的主梁全部采用空腹桁架形式，今后，机电管线可以从桁架上下弦穿出，优化了大量管线路径。
张永陟指出：“整个工程67%的建筑面积都是钢结构形式，我们采用预制构件进行装配式施工，减少了施工现场的环境、噪音污染。”
1）建筑四面设置了4个跨度达17m的大窗体系，且幕墙结构以67°外倾，外悬挑的主体结构变形不可忽视，幕墙需要实时对变形进行监控，保证幕墙正常的施工以及安装精度、外观的控制。
2）幕墙单块尺寸达4200mm×1550mm，玻璃尺寸较大，玻璃各项参数（合片、组框）易产生加工误差，大面多采用了较复杂的dip打印彩釉玻璃及三角形玻璃，如何保证玻璃原材料及加工的质量至关重要。
3）在幕墙支撑系统的创新设计中，采用了大量定制钢型材，由于结构逐层变化特点，外立面折线下部钢制立柱截面设计为平行四边形造型，此定制钢型材为外露小R角钢材，且直接外露在人眼可视范围之内，对加工精度要求高。
4）单元钢架现场吊装较困难，斜面部位（斜面倾斜角67°）的单元钢架吊装更加困难。折线部位的单元钢架为异形钢架，大窗位置折线部位为上下钢架拼接而成，如何保证立面斜线拼接精度和质量。大跨度单元钢架的吊装扰度变形如何控制？钢构件现场施工极易发生磕碰，表面掉漆现象时常发生，现场成品保护非常重要。
在工地现场，这块玻璃幕墙视觉试样颇为引人注目。目前，整个工程的主体建筑已初具雏形。
▲第一次玻璃幕墙视觉试样
▲已初具雏形的建筑主体结构
