【钢结构·技术】杭州之门超高层马鞍形悬垂式钢结构网壳裙楼屋面施工技术

位于杭州市萧山区钱江世纪城的杭州世纪中心被誉为“ 杭州之门 ”，为浙江省重点工程、杭州奥体板块重点工程、2022年亚运会配套工程。 该项目由美国SOM建筑事务所担任建筑方案设计，上海建工七建集团施工总承包， 涵盖了摩天双塔、星级酒店、行政公馆、总部办公基地、时尚文化商业等多功能业态，是目前在建的杭州市第一高楼和杭州湾地区最高的双塔建筑。

杭州之门效果图

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工程概况与设计理念

杭州之门是以杭州的英文首字母“H”为设计灵感的双子塔超高层建筑，在建筑意向上象征着城市腾飞的进程，这也是杭州之门在“形”上的匠心立意。 杭州之门 双塔展翅的造型与周边奥体中心、游泳馆、国际博览中心，以及钱江对岸的市民中心、国际会议中心、大剧院组合形成“七星璀璨”的城市图景，杭州之门仿佛是漂浮在七星中的一朵云，极富设计感与视觉震撼力。

悬垂屋面建筑效果图

杭州之门主体由对称的63层东西双塔组成，建筑高度302.6m，总建筑面积约53.25万㎡。东西双塔在地上1~6层通过钢拱连桥连接，钢拱连桥南北两端最大跨度85m，中间最小跨度55m，南北向宽度60m，拱高19m，拱脚支承于塔楼地下室中独立设置的型钢混凝土柱上。整个钢拱连桥被马鞍形悬垂式钢结构网壳屋面和南北两侧悬挂的侧墙（简称“悬垂屋面”）完全包裹。

悬垂屋面系统组成

悬垂屋面系统组成

悬垂屋面自双塔主塔楼22层（标高103.45m）封边梁上的悬挑钢桁架端部向下悬垂挑出，悬挂至塔楼7层对应的高度，最大悬挂高度达65m。悬垂屋面主要由东西向长短、高低不一的47道抛物线型“悬链线”和南北向39道抛物线型横向联系梁组成空间钢网壳，悬链线和横向联系梁均采用H型钢，网壳节点处设计了圆柱形钢鼓节点。悬垂屋面和侧墙在东西塔楼的11层、14层、18层分别设置了三道水平拉杆支撑，以提供侧向约束。悬垂屋面实现了两侧塔楼空间曲立面到钢拱连桥屋面之间的完美过渡，尽显空间曲面之美。

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工程特点与施工难点

杭州之门的悬垂屋面为超高空悬垂式钢结构网壳， 面积超大、造型独特，是整个工程中施工难度最大、最复杂的部分，具有以下典型的结构特点：

（1）悬垂受力体系，整个悬垂屋面的自重荷载完全由东西塔楼22层封边梁上伸出的钢桁架悬挂承担，侧向三道水平拉杆支撑仅起到约束作用，不承担竖向荷载。

（ 2）马鞍形空间曲面，东西向单根悬链线最大高差近65m，南北向单根联系梁最大高差近10m，空间曲率很大。

（3）半刚性空间网壳，单根悬链线由多段空间扭转的H型钢通过钢鼓节点刚性连接来拟合，悬垂屋面既具有悬链结构的柔性的同时，又保持了一定的刚度。

悬垂屋面与临时支撑架组合体

悬垂屋面的主要施工难点在于：

（1）高空作业，悬垂屋面与钢拱连桥桥面的距离最小10m，最大超过70m。

（2）节点异常复杂，与钢鼓节点相交的四根型钢均不在同一轴线，且存在空间扭转，节点加工及安装难度非常高。

（3）临时支撑设计安装难度大，在横向不到30m的范围内，临时支撑高差达60m，临时支撑点的选择、登高通道和安全防护设施的设置都比较困难。

（4）整体卸载风险高，悬垂屋面在施工期间 在临时支撑架上 设置了1800个支撑点，如何卸载是一大难题。

（5）测量定位要求高，悬垂屋面为超大面积大曲率空间异型网壳，安装精度要求高，必须严格控制测量误差。

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关键施工技术

针对超大面积、超高的马鞍形空间悬垂屋面施工难点，项目部通过精心策划、反复论证，制定了采用组合式高空临时支撑架，地面拼装网格单元、高空安装就位的总体施工技术路线。

 1     高空临时支撑架设计与安装

创新设计了落地与悬挑组合式高空临时支撑架，1800个支撑点标高与悬垂屋面构型一致，支撑点标高可做微调。离地高度较低的7~18层采用落地式竖向支撑架体系，支承在钢拱连桥楼面上；离地高度超过60m的18~22层采用侧向悬挑支撑架，从塔楼楼面上设置悬挑支撑架。

落地-悬挑组合式高空临时支撑体系

 2     复杂空间节点的地面高精度拼装

设计上创新采用了圆柱钢鼓节点作为纵横相交的四根扭转且弯曲的H型钢构件的连接过渡， 但是H型钢与钢鼓节点的连接加工难度非常大。

圆柱式钢鼓节点

为确保每一个钢鼓节点空间位置和角度的准确，创新采用了独立可调托架在地面拼装田字形单元，调整完成后吊装至高空安装。通过精确放样、标定每个钢鼓的空间位置，利用可调托座调整钢鼓的倾斜角度，大大提高了悬垂屋面节点的加工和安装精度。

通过可调托座实现钢鼓的精准定位

 3     马鞍形钢结构网壳的高空安装

将悬垂屋面划分为若干个小尺寸田字形单元，在地面胎架上预拼装后吊装至高空支撑架上临时固定，在横向及纵向跳仓安装，精准定位。悬垂屋面网格结构先自上而下对称倒挂安装至15层，再自下而上对称安装至14层，最后将14至15层范围作为合拢段进行对称安装，以减小安装期间的累积变形和误差。

田字形屋面单元在支撑架上的固定

 4     大跨度悬垂屋面的分段卸载

卸载前以累积变形作为控制变量，通过对不同卸载方案的反复模拟分析和对比，最终确定了垂直方向自上而下分层对称、水平方向对称分段并跳仓卸载的方案，实现了悬垂屋面从临时支撑到自由下垂受力体系的顺利转换，有效控制了卸载阶段的累积变形。

钢鼓节点临时支撑采用切割方式卸载

 5     基于数字建造的全过程施工控制

从临时支撑的设计与安装、田字形网格单元的加工与制作、网壳的高空安装，到悬垂屋面的整体卸载，通过BIM整体建模、计算机三维虚拟仿真分析，结合应力和变形的信息化监测等手段，确保了悬垂屋面整个施工过程的安全受控，所有监控点在卸载过程中产生的变形均不超过20mm。悬垂屋面卸载完成后 ，采用三维激光扫描成像技术获取了每一个空间节点的三维坐标，作为卸载阶段验收评估和后续幕墙施工的重要参考。

采用扫描仪对整个悬垂屋面三维成像

杭州之门项目的马鞍形悬垂屋面是介于空间网壳和索结构之间的独特半刚性结构，极具创新的结构形式目前尚无专项施工规范可循。 项目团队积极与设计、监理和业主协商讨论，多次组织专家咨询和论证会，顺利完成了悬垂屋面钢结构的施工和验收。目前，悬垂屋面正在进行后续幕墙施工。