上海世茂深坑酒店位于上海佘山国家旅游度假区核心, 利用采石形成的山体深坑, 依附深坑岩壁而建。工程总占地面积105 350m², 总建筑面积59 058.6m²。其中地上2层, 地上裙房1层地下室, 坑内16层, 其中水下永久结构2层。各楼层建筑平面两侧均为圆弧形曲线客房单元, 两侧圆弧形曲线客房单元沿径向的竖向剖面也呈现不同的曲线形态。是国内首个集大型住宅、酒店、休闲娱乐于一体的超五星级酒店。

根据测算, 酒店施工高峰期将出现在综合机电、装饰装修以及幕墙工程交叉施工阶段。由于工期紧张, 在高峰期各工种作业总人数最高将达到310人。大量的施工人员、器械及材料给垂直运输带来非常大的压力。经过分析计算, 本工程需要2部SC200/200施工升降机。

本工程结构呈异形双曲面, 外立面凹凸变化较大, 只有3个可供安装施工升降机的垂直面, 如图1所示。然而两侧的结构垂直面为整体结构的最薄弱部位。经设计院计算, 确定无法安装施工升降机。而建筑中部的瀑布形幕墙施工周期较长, 如果在此设置施工电梯, 将严重影响外立面整体施工进度。综上所述, 在结构外立面设置施工升降机不可行。

本项目利用三维激光扫描仪将崖壁全貌扫描生成点云模型。将此模型经过处理与深坑酒店BIM模型进行整合, 建立了涵盖建筑物信息及地形地貌的综合BIM模型, 如图2所示。

将电梯模型加入BIM模型进行模拟安装。通过对比分析, 综合考虑地形条件、安装难易度、运输便利、结构安全等因素, 最终确定将施工升降机设置在结构内立面与崖壁之间。电梯基础架设在B14层结构标高。利用B14层结构与崖壁天然平台架设跨越式钢结构基础平台, 如图3所示。运输范围B14层~坑上2层, B15, B16层位于水下, 四周为全封闭剪力墙, 无出入口。故电梯无法下至此部分楼层区域。这2层采用小型移动式门式起重机来解决垂直运输问题。

根据现场实际情况及结构形式, 选用I40a作为施工升降机基础主梁, 放置在标准节中心安装位置;另外选用I20a两边各2根作为辅助梁, 设置在主梁架两侧, 距主梁间距1 310mm;辅梁与主梁等高度。主梁与辅梁间每隔1m设置1根[20作为连梁, 如图4所示。主梁与辅梁一端与B14层结构剪力墙用M14化学锚栓固定, 另一端用焊接的方式与放置钢结构预埋件的混凝土独立基础相连, 如图5所示。并辅以U形钢筋拉环配合硬木楔固定, 如图6所示。埋件所用钢板均为20mm厚, 材料均为Q235B, 锚筋采用直径20mm的螺纹钢, 长300mm, 端部焊接长100mm, 采用穿孔塞焊;焊条采用E43系列, 焊缝应饱满平整, 无渣滓、无漏焊缺焊。

由于钢平台主要承重构件为双拼主梁, 辅梁只作为构造措施, 故只需验算主梁承载力。

F=165k N;计算可得, F_R1=118.2k N, F_R2=46.8k N;M_max=213k N·m。

建筑物楼板节点处单点最大支反力为118.2k N, 最大支反力支承点支承于结构外墙顶部, 经复核, 结构承载力满足要求。

主梁选用I40a, 竖向惯性矩I_x1=21 720cm⁴;竖向轴抵抗矩W_x=1 090cm³。

式中:γ_x为截面塑性发展系数, 查表γ_x=1.05。

每根钢梁近崖壁的端部设置1个独立基础, 尺寸为600mm×600mm, 厚度≥300mm。面层、底层及侧面配筋皆为Φ10@150。混凝土强度等级为C30。基础基底必须清理至坚实的岩面, 由于基础地面基岩面局部存在一定坡度, 坡度≤30°。所以每个独立基础下方植入基岩8根Φ20的钢筋作为抗滑移措施, 入岩深度500mm。锚筋分布形式如图8a所示, 基础配筋如图8b所示。经验算, 混凝土基础满足要求。

采用直接附墙式, 附墙架连接在结构钢梁的连接件上。连接件采用连接耳板的形式, 与钢梁上翼缘焊接。连接耳板为Q345, 厚度18mm, 宽度为100mm。焊缝等级为二级, 焊缝长度200mm, 采用手工焊, 焊条为E50。施工升降机附墙及连接耳板如图9所示。

根据施工升降机厂家提供的荷载。利用MADIS对附着点的结构钢梁在最不利工况下进行计算复核。经验算, 扶墙节点处最大应力及最大应变均在结构正常承受范围内, 满足要求。

在施工混凝土基础前必须先对崖壁端进行处理, 以保证基层承载力满足设计要求。首先将面层碎石等杂物清除, 露出岩面。随后根据放出的基础定位线进行打凿开槽, 保证基底高度能满足基础最小厚度300mm的要求。同时, 将基层风化较为严重的岩石清除, 保证基岩的强度满足设计要求。

根据拟定基础位置, 利用经纬仪配合激光测距仪进行基础精准定位。定位完成后, 在每个独立基础的基层岩石内植入8Φ20抗滑移锚筋。随后将根据实际地形定制的基础钢筋笼连同U形钢筋拉环一并放置于对应位置。紧接着将钢梁锚板定位安置在钢筋骨架上。待平面位置及标高复核完毕后, 浇筑混凝土。

根据钢结构基础形式及塔式起重机吊运能力综合考虑, 决定将钢结构基础整体划分为4个分块, 每块由1根主梁加1根辅梁及若干次梁组成。

每个分块在地面拼装完成后, 由塔式起重机分批吊运至各对应位置进行定位安装。由于基础的水平度将直接影响人货电梯标准节的垂直度, 所以在最终固定钢基础前, 利用水平尺进行粗调, 再用水准仪进行精调。确保钢基础的水平度满足要求。安装完毕后, 立即进行表面除锈并涂刷防锈漆。

由于电梯基础无法预埋K型架锚固地脚螺栓。故K型架固定改为采用└100×8与钢基础进行焊接连接。每个K型架设置10个焊接固定点。电梯标准节及梯笼安装与常规无异, 此处不再赘述。

凌空20m近崖壁施工升降机的创新设计成功地解决了本项目在场地条件有限、外立面结构不规整的情况下施工升降机设置的难题。满足了施工现场人机料垂直运输的需求。另外, 三维激光扫描结合BIM技术在施工升降机选址及安装模拟分析过程中的成功应用, 给上述新技术在建筑施工领域中多方面、深层次的应用提供了新的思路。