整體提升工藝在既有建筑新增鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

嚴鳳英

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著城市的發(fā)展，許多具有歷史價值的老建筑內(nèi)部構(gòu)造已不能滿足當代人的使用需求，城市出現(xiàn)了越來越多的老建筑改造項目。其中將老廠房改造成劇場的項目，既保留了老建筑外形的人文情懷，又為老建筑賦予了新的功能。但在此類改造項目中，因劇院的空間要求高，必須充分利用保留建筑內(nèi)有限的所有空間。而原建筑屋蓋系統(tǒng)不足以滿足舞臺設(shè)備荷載需求，需在保留建筑屋蓋下方新增頂蓋，用以安裝舞臺設(shè)備。

新增的鋼結(jié)構(gòu)頂蓋與保留建筑整體形狀相同，且新、老結(jié)構(gòu)凈距極小，僅滿足抗震要求，以此確保內(nèi)部空間最大化，因而新增鋼結(jié)構(gòu)頂蓋的施工難度更大。為了完成這一特殊、復雜的施工，需深入研究新、老結(jié)構(gòu)相互位置關(guān)系，制定一套合理、有效的施工方案[1-2]，從而減少施工成本，縮短施工工期。

1 工程概況

夢想巨蛋改建工程位于上海外灘西岸原標志性的水泥加工廠基地中，將原石灰石預均化庫改建成劇院，保留了原石灰石預均化庫混凝土框架、肋環(huán)式鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，內(nèi)部新增鋼框架結(jié)構(gòu)。新增的穹頂鋼屋蓋與保留的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)同為球面體。保留建筑的直徑為88.0 m，新增鋼結(jié)構(gòu)穹頂屋蓋的直徑為60.8 m，新、老結(jié)構(gòu)圓心為同一點。保留建筑屋蓋圓心處鋼梁底部標高為26.479 m，新增屋蓋圓心處鋼梁頂標高為25.483 m，兩者之間凈距不足1 m，且此處為新老結(jié)構(gòu)相離最遠處。

新、老結(jié)構(gòu)最近距離為0.2 m，位于鋼柱頂部。新增鋼結(jié)構(gòu)施工前已拆除保留結(jié)構(gòu)的屋面板和外墻。夢想巨蛋結(jié)構(gòu)概況如圖1所示。

圖1 夢想巨蛋結(jié)構(gòu)概況

根據(jù)相關(guān)鑒定報告，原石灰石預均化庫屋面采用肋環(huán)式鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，肋梁采用H型鋼，環(huán)梁和肋梁之間的支撐桿采用圓形鋼管，屋面檁條采用熱軋輕型工字鋼。屋面肋梁與環(huán)梁之間的連接方式為剛接，肋梁與支撐柱之間、撐桿與梁之間的連接方式為鉸接，檁條與鋼梁之間設(shè)置隅撐，檁條之間設(shè)置拉條。保留屋蓋結(jié)構(gòu)部分的鋼材材料為A3或AY3。保留屋蓋鋼結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 保留屋蓋鋼結(jié)構(gòu)平面示意

新、老結(jié)構(gòu)采用同一軸網(wǎng)，根據(jù)設(shè)計提供圖紙，新屋面結(jié)構(gòu)主梁和保留屋蓋結(jié)構(gòu)主梁中心線與軸線重合，新增屋蓋鋼結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新增鋼結(jié)構(gòu)情況平面示意

因保留屋蓋結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)沉降和偏移，按設(shè)計提供的定位圓心和軸網(wǎng)測量所得，和實際保留屋蓋主梁中心線與軸線存在偏差。

2 初步安裝方案設(shè)想

2.1 常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)施工方案分析

根據(jù)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)施工工藝，夢想巨蛋穹頂鋼屋蓋可分塊或分段吊裝，分段處架設(shè)臨時支撐，采用起重設(shè)備進行吊裝。因既有建筑保留了屋蓋鋼結(jié)構(gòu)和檁條，若將起重設(shè)備設(shè)置在跨外進行吊裝，則每次吊裝吊鉤均需穿越保留的屋蓋，吊裝難度大，且容易破壞既有建筑。又因既有建筑為直徑88 m的圓形穹頂框架結(jié)構(gòu)，使用跨外設(shè)備吊裝非常不經(jīng)濟。

若選用起重設(shè)備設(shè)置在既有建筑內(nèi)進行吊裝時，因新、老結(jié)構(gòu)凈距為200～1 000 mm，常規(guī)吊裝設(shè)備無法滿足起吊有效高度的要求。

2.2 常規(guī)原有建筑內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)施工方案分析

因常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)施工工藝無法滿足此項目施工，轉(zhuǎn)而采用既有建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的常規(guī)做法，考慮選用小型汽車吊在保留建筑內(nèi)施工，此建筑若使用25 t汽車吊將大臂自保留屋蓋空隙處伸出，再將吊鉤放下進行吊裝，則對既有建筑保護措施要求高，且對現(xiàn)場施工的安全監(jiān)控要求也很高。同時分段處需架設(shè)臨時支撐，因保留建筑內(nèi)空間有限，要確保臨時支撐布置空間、汽車吊行駛和停機空間位置、構(gòu)件水平運輸空間、吊裝順序和最后安裝構(gòu)件的空間位置，經(jīng)過綜合考慮，夢想巨蛋既有建筑內(nèi)施工空間不足，無法采用25 t汽車吊直接吊裝。

2.3 整體提升施工方案分析

因常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案均不能滿足此改建項目鋼結(jié)構(gòu)施工，最后考慮采用提升方案。本項目新增鋼結(jié)構(gòu)屋蓋四周與18個鋼立柱連接，經(jīng)過對提升點的位置選擇、提升支架的設(shè)計和位置選擇、提升架的安裝工藝等進行綜合分析，提升的備選方案包括：6點提升、9點提升、18點提升和傘形提升。再經(jīng)過提升模擬計算和分析，最終采取在鋼立柱頂部設(shè)置18個提升點，采用整個屋蓋18點同步提升的施工工藝。

3 提升架體的設(shè)置

提升裝置設(shè)置在新建內(nèi)圈18根鋼柱頂部的位置，鋼柱頂部與既有建筑鋼屋蓋凈距約為200 mm，且新、老建筑主梁為同軸線，因此新建結(jié)構(gòu)鋼柱位于保留屋蓋主梁正下方，無法在鋼柱頂設(shè)置提升架?？紤]到既有建筑屋蓋的結(jié)構(gòu)形式，將提升架設(shè)置為格構(gòu)式，中間空出區(qū)域供老結(jié)構(gòu)穿越提升架內(nèi)部。整個提升架由多個桿件組成，在鋼柱完成安裝后，分塊安裝就位。

大屋面主梁間設(shè)置HM 550 mm×300 mm型鋼提升梁，既作為設(shè)置提升點用，又能加強大屋面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。千斤頂動力機構(gòu)的下方設(shè)置在提升梁底部的提升牛腿上，提升梁與大屋面主梁剛接（圖4～圖6）。

圖4 提升架平面示意

圖5 提升立面圖示意

圖6 提升架與新建樓層框架鋼結(jié)構(gòu)模型示意

4 夢想巨蛋鋼屋蓋拼裝施工

提升過程僅將鋼屋蓋垂直提升，不能在空中做任何旋轉(zhuǎn)或傾斜動作，故新建鋼屋蓋采取在安裝位置進行地面原位拼裝的方式，拼裝使用25 t汽車吊和70 t汽車吊。逐個軸線拼裝，施工順序與外圍樓層鋼柱鋼梁相同。拼裝時中間設(shè)置四方架臨時支撐，外端設(shè)置工字鋼臨時支撐。

5 夢想巨蛋鋼屋蓋提升施工

鋼屋架拼裝在外圍樓層鋼結(jié)構(gòu)施工至一半?yún)^(qū)域開始施工，待外圍樓層鋼結(jié)構(gòu)全部施工完成后安裝提升支架和提升設(shè)備，待屋架拼裝完成后進行整體提升。

1#樓新建結(jié)構(gòu)大屋面結(jié)構(gòu)為直徑60 m、高10 m的穹頂鋼結(jié)構(gòu)，安裝就位后最頂部標高為25.483 m，質(zhì)量約500 t，采用“鋼絞線承重，液壓千斤頂集群作業(yè)，計算機同步控制”的提升安裝工藝。

1）在大屋面周圍18根鋼柱頂部設(shè)置提升架，布置穿心式液壓千斤頂及液壓泵站作為提升設(shè)備。以高強度低松弛鋼絞線為承力部件，承重鋼絞線通過液壓千斤頂夾具固定下垂，然后通過鋼絞線底錨與新增提升梁錨固。

2）采用計算機多參數(shù)自動控制，令上下錨交替作業(yè)，向上提起承重鋼絞線，以鋼絞線傳遞動力，鋼屋蓋上升，控制液壓提升設(shè)備實現(xiàn)鋼屋蓋連續(xù)提升，將其提升至設(shè)計位置。應(yīng)用液壓裝置對位校正后進行焊接固定。

3）提升到位后，補缺鋼梁嵌補段、斜桿等，從而完成整體施工。

6 結(jié)語

今后更多的老結(jié)構(gòu)建筑被保留下來，通過改造，在保留其外形及部分結(jié)構(gòu)后賦予其新的使用功能。希望新建鋼結(jié)構(gòu)屋蓋整體提升的施工方法在既有建筑改建施工中實現(xiàn)改造目標，更有效地縮短施工工期與節(jié)約資源。