巨型天窗分單元提升技術(shù)

中建八局鋼結(jié)構(gòu)工程公司 上海 200125

1 概述

上海世紀匯廣場項目巨型天窗位于裙房4～5層，主要鋼結(jié)構(gòu)由中心天窗區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)及周邊大型鋼梁組成，總用鋼量約為1 948 t。其中，中心天窗區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為269 t，跨度約為26 m；周邊大型鋼梁最大質(zhì)量為110 t，最大跨度為38.30 m，共9根。為避免一次性投入過多的提升設(shè)備，降低施工難度，使工藝簡單化，精度更容易控制，本工程采用分單元提升就位技術(shù)，即1#區(qū)域和3#區(qū)域鋼梁先于2#區(qū)域中心天窗提升，在1#區(qū)域和3#區(qū)域鋼梁提升完畢并將下方托梁安裝完畢之后，開始提升2#區(qū)域中心天窗（圖1）。

圖1 天窗區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)平面布置

2 施工工藝

2.1 工藝原理

根據(jù)天窗自身結(jié)構(gòu)特點及提升設(shè)備布置情況，在提升設(shè)備的工況范圍內(nèi)合理劃分提升單元，然后分步將各單元構(gòu)件倒運至拼裝位置，在地面拼裝完成后，通過提升設(shè)備將各單元提升至安裝位置。

2.2 單元劃分

天窗區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)共分為3個提升分塊。1#區(qū)域（分塊1）由5根鋼梁組成，鋼梁長度在33～40 m之間，單根鋼梁最大質(zhì)量為110.50 t，總質(zhì)量約320 t。3#區(qū)域（分塊3）由4根鋼梁組成，鋼梁長度在28～36 m之間，單根鋼梁最大質(zhì)量為109 t，總質(zhì)量約245 t。2#中心天窗區(qū)域（分塊2）為三角形天窗結(jié)構(gòu)，總質(zhì)量約270 t[1,2]。

3 方案設(shè)計

3.1 上部提升架設(shè)計

天窗區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)提升施工以承托鋼柱為支點，上部提升支架分別設(shè)置在鋼柱、鋼梁頂部，與承托鋼柱、鋼梁全熔透焊接連接，如圖2所示。

圖2 上部提升架示意

3.2 下部吊點設(shè)計

在鋼梁上翼緣焊接吊耳結(jié)構(gòu)，并在鋼梁翼緣與腹板之間焊接加勁板，如圖3所示。

3.3 貝雷支撐架設(shè)計

3.3.1 提升用貝雷支撐架設(shè)計

提升用貝雷支撐架由2組4片貝雷片和支撐架共同構(gòu)成。4片貝雷片平行布置，間距200 mm，如圖4所示。側(cè)面采用600型支撐架進行連接，該支撐架在平面上連接并排的4片貝雷片，2組貝雷支撐架之間采用450型支撐架連接，貝雷支撐架相鄰2節(jié)之間采用栓銷連接。

圖3 下部吊點示意

圖4 600型連接支撐架及連接示意

根據(jù)受力情況，貝雷支撐架設(shè)計采用8片加強型，4片一組，組與組之間采用450型支撐架連接。

3.3.2 加固用貝雷支撐架設(shè)計

加固用貝雷支撐架分單組4片貝雷片和2組單片貝雷片2種。其中，4片貝雷片平行布置，間距200 mm，采用600型支撐架進行連接，擱置在中心天窗鋼梁上方，采用10#槽鋼焊接限位與天窗鋼梁連接；2組單片貝雷片放置在4片貝雷片組成的支撐架上，采用10#槽鋼焊接限位連接。

3.4 中心天窗加固設(shè)計

2#區(qū)域中心天窗采用整體提升，因中心天窗在提升時受力體系變形很大，根據(jù)提升計算分析，需用貝雷片對其進行加固（圖5）。同時，TSD1與TSD2之間需用上下弦桿為φ89 mm×6 mm、腹桿為φ180 mm×10 mm的單片桁架加固（圖6）。

圖5 中心天窗加固示意

圖6 加固桁架示意

4 提升流程

根據(jù)施工進度計劃安排，在承托鋼柱柱芯混凝土及其所在首層樓板澆筑完畢并達到強度后，開始鋼結(jié)構(gòu)的提升工作。1#區(qū)域和3#區(qū)域鋼梁先于2#區(qū)域中心天窗提升，在1#區(qū)域和3#區(qū)域鋼梁提升完畢并將下方托梁安裝完畢后，開始提升2#區(qū)域中心天窗。1#區(qū)域和3#區(qū)域鋼梁整體上分兩步進行提升，首先同步獨立提升1#～4#鋼梁，然后在1#～4#鋼梁上搭設(shè)貝雷架，通過設(shè)置在貝雷架上的油缸將5#～9#鋼梁提升到位；2#區(qū)域中心天窗采用整體提升，因中心天窗在提升時受力體系變形較大，根據(jù)提升計算分析，需用貝雷片對其進行加固，同時，TSD1與TSD2之間需用單片桁架加固。

1#區(qū)域和3#區(qū)域上部提升結(jié)構(gòu)為原有結(jié)構(gòu)柱上設(shè)置提升支架和貝雷架上設(shè)置提升油缸，下部提升結(jié)構(gòu)為大型鋼梁頂部設(shè)置提升吊耳。其中，1#～4#鋼梁提升時設(shè)置8個提升點，每個提升點設(shè)置1臺1 000 kN油缸；5#～9#鋼梁提升時設(shè)置10個提升點，每個提升點設(shè)置1臺油缸。2#區(qū)域上部提升結(jié)構(gòu)為懸挑的提升支架，設(shè)置在5層結(jié)構(gòu)柱頂和已提升到位的鋼梁上，布置6個提升點，每個提升點設(shè)置1臺1 000 kN油缸[3,4]。

5 技術(shù)特點分析

5.1 傳統(tǒng)技術(shù)工藝

5.1.1 整體提升法

構(gòu)件在地面整體拼裝完成后，采用提升架和液壓提升裝置提升至安裝高度后就位焊接，最后拆除提升架。

優(yōu)點：大部分工作在地面操作，工人安全易保證；地面拼裝焊接質(zhì)量容易控制；不需大型的吊機或塔吊。

缺點：整體提升工藝復(fù)雜，操作難度大；提升設(shè)備及技術(shù)措施多，成本高。

5.1.2 高空散裝法

搭設(shè)高空安裝胎架，將構(gòu)件采用吊機或塔吊吊裝至設(shè)計位置進行安裝，最后拆除安裝胎架。

優(yōu)點：工藝簡單，容易操作；不需大型的吊車或塔吊。

缺點：安全防護難度大；均是高空作業(yè)，質(zhì)量不易保證；需搭設(shè)大量高空安裝胎架，措施費用高，經(jīng)濟性差；工作量大，施工周期長。

5.2 新型工藝技術(shù)

巨型天窗分單元分步提升技術(shù)將整個天窗合理劃分為多個提升單元，分塊分階段逐步提升。本技術(shù)有以下特點[5,6]：

1）分單元分步提升避免一次性投入過多提升設(shè)備及技術(shù)措施，一個提升單元提升結(jié)束后，提升設(shè)備及技術(shù)措施投入到下個提升單元，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用；

2）根據(jù)天窗自身結(jié)構(gòu)特點，將巨型天窗劃分為多個提升單元，相對于整體提升技術(shù)，工藝簡單化，精度更容易控制，降低了施工難度；

3）分單元提升施工技術(shù)的大部分作業(yè)在地面進行，避免了大量的高空作業(yè)，保證了質(zhì)量的同時，工人安全易于保證；

4）分單元提升施工技術(shù)，對吊裝機械要求較低，避免采用臨時支撐胎架，減少了成本投入，經(jīng)濟性較強；

5）分單元提升施工技術(shù)，可以解決由于安裝位置特殊、構(gòu)件較重而導(dǎo)致的常規(guī)吊裝機械無法施工的難題，提高施工效率。

6 結(jié)語

經(jīng)上海世紀匯廣場項目實際應(yīng)用，巨型天窗分單元分步提升技術(shù)不僅保證了工期和結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全，同時提高了施工效率、降低了施工成本，社會效益和經(jīng)濟效益明顯。對后續(xù)類似項目成本、工期、質(zhì)量的控制可起到良好的借鑒作用[7-9]。