國貿金融中心41m跨鋼連廊整體提升施工技術
——裙樓屋面拼裝鋼連廊后整體提升

沈順飚 張鴻文 羅新明

(國貿地產集團有限公司 福建廈門 361006)

1 工程概況

廈門國貿金融中心總建筑面積25萬m2，建筑高度138.50m，由裙樓和南北兩棟塔樓組成。裙樓屋頂標高為23.20m，南北布置兩棟超高層甲級辦公塔樓。兩棟塔樓通過26～30層的鋼連廊連為一體，如圖1所示。

圖1 國貿金融中心鳥瞰圖

鋼連廊位于(1-2～1-7)軸交(1-A～1-D)軸26F～30F，軸線跨距41m，底部安裝建筑高度114.1m，總重量1280t，提升重量1044t。其中，26層為結構轉換層，設計為箱型鋼桁架結構，由4榀主桁架、4榀次桁架及鋼梁組成。27層以上為鋼框架結構。鋼連廊26F結構層兩端與南北塔樓主核心筒預埋牛腿之間采用剛性連接。鋼連廊平面圖、立面圖分別如圖2～圖3所示。

圖2 鋼連廊平面示意圖

圖3 鋼連廊立面示意圖

2 工程難點

為了配合項目商業(yè)裙樓精裝修進度，需在裙樓采光頂幕墻上方進行鋼連廊安裝施工。由于鋼連廊體型大，空中拼裝工作量大、安全風險高，且現場垂直運輸設備難以滿足構件吊裝要求，綜合考慮該工程的實際情況，最終采用 “裙樓屋面拼裝，整體提升” 的施工方案[1]。

該方案主要先將鋼連廊構件在裙樓屋面的組裝平臺上進行拼裝，再利用提升設備將鋼連廊整體提升至設計標高進行結構連接。方案的主要難點有以下4點。

2.1 結構體型和施工難度大

鋼連廊跨度大(軸線跨距41m)，安裝高度高(安裝結構標高113.92m)，安裝構件重(單件構件最重約48.5t)，吊裝作業(yè)半徑大(作業(yè)半徑最大70m)。

2.2 整體提升同步性控制要求高

該鋼連廊體型及自重大，提升點較多，在整體提升過程中，需采用多點同步提升系統進行精密控制，確保所有提升點的同步性，避免因施工應力不均造成結構破壞。

2.3 施工應力變化較為復雜

鋼連廊在整體提升施工中，施工狀況與設計狀況有所不同。考慮鋼連廊各桿件在提升過程中以及提升系統卸載前后的受力及變形安全，應按設計復核要求增設臨時加固桿件，并采取相應的調整、控制措施。

2.4 防風措施要到位

項目位于廈門島東端濱海區(qū)域，氣象條件較為復雜。同時，風洞試驗結果表明，風荷載最大負壓出現在門字形內側墻面，將直接影響鋼連廊的提升施工。故，需充分考慮風荷載影響，并采取有效的控制措施和應急措施。

3 鋼連廊吊裝主要施工流程

在裙樓屋頂的連廊投影位置設置鋼結構組裝平臺，采用650t履帶吊先將構件吊上組裝平臺并拼裝成整體，再利用“液壓同步提升系統”將鋼連廊整體提升到設計標高，然后與南北塔樓的牛腿進行高空對接，完成連廊鋼結構的安裝。

主要施工流程：①主桁架牛腿預埋，塔樓主體結構封頂→②吊機場地加固、平整硬化→③650t履帶吊進場、組裝→④裙樓屋面組裝平臺拼裝→⑤鋼連廊組裝、提升裝置安裝調試→⑥鋼連廊試提升→⑦鋼連廊整體提升、就位→⑧鋼連廊空中對接→⑨平臺拆除、吊機退場。

4 提升前施工組織

4.1 施工平面布置及吊機選型

根據項目結構體型，結合地下室頂板承載能力、報告廳高度、吊裝距離及吊裝最大荷載等影響因素，主要在項目北側市政綠化帶內布置一臺650t履帶吊負責組裝平臺及鋼連廊的吊裝。施工平面布置如圖4所示。

該工程吊機中心距裙樓邊柱軸線14.7m，最大吊裝作業(yè)半徑70m；鋼連廊最重構件重量48.5t，最大吊裝荷載54.5t(單構件重量48.5t+吊具重量6t=54.5t)。根據最大工作半徑和最大吊裝重量，吊機選用650t大型履帶吊(QUY650SHW超起工況)。根據該履帶吊起重表進行核對，吊裝作業(yè)最大半徑70m的額定起重量為61t，滿足構件吊裝要求。

4.2 組裝鋼平臺安裝

組裝鋼平臺設置于裙樓頂部鋼連廊投影位置處，平臺頂部標高34.60m，利用裙樓結構13根混凝土柱作為組裝平臺支撐點傳力構件。由設計單位對原結構承載力進行復核。組裝平臺及鋼連廊現場組裝如圖5所示。

4.3 提升裝置

(1)提升裝置的布置

在南、北塔樓27F(結構頂標高118.15m)的牛腿上分別設置4個上吊點，下吊點設置在對應上吊點的連廊下弦桿型鋼端部。吊點提升裝置布置如圖6所示。

圖4 施工組織平面布置

圖5 組裝平臺及鋼連廊現場組裝

圖6 吊裝點布置

(2)提升裝置的節(jié)點做法

上吊點在兩座塔樓核心筒主桁架外伸牛腿上弦的上部安裝提升梁結構，下吊點在主桁架結構下弦的下部安裝提升下吊點托梁結構。上、下吊點提升梁(托梁)的截面尺寸均為600mm×400mm×20mm×30mm，梁長1.5m，材料為Q345B。在提升吊點(即提升梁、托梁的懸臂端)兩側各加焊2塊加勁肋板(t=20mm)[2]。上吊點提升裝置節(jié)點如圖7～圖8所示。

圖7 上吊點提升裝置節(jié)點圖圖8 上吊點提升裝置剖面圖

(3)提升裝置的受力驗算

鋼連廊整體提升重量為1044t。根據專業(yè)單位提升設備的額定功率，以及油缸錨片與鋼絞線在低應力下自鎖作用的工作情況，每個提升點布置2臺200t式液壓提升器，共計16臺200t液壓提升器進行鋼連廊整體提升。

提升總重量F=16×200t=3200t≥G=1044t；

提升系統安全系數：n=F/G=3200t/1044t=3.0>1.25(規(guī)范要求安全系數)。

根據鋼連廊自重、10級風荷載(廈門十年一遇)作用下的最大提升荷載為1596KN。考慮提升不同步20%荷載增量，綜合工況下每個吊點提升裝置最大提荷載2682kN<3920kN(每個提升點2臺千斤頂)。

根據提升裝置的幾何尺寸、截面尺寸，采用ANSYS軟件建立有限元模型。模型中板材材料為Q345，依據鋼結構規(guī)范表3.4.1-1及板厚，取強度設計值f=295MPa。

按照上述荷載及邊界條件對提升裝置進行應力、變形計算：

上吊點提升裝置的最大應力為141MPa<295MPa，應力最大位置為約束位置角點，整體應力小于100MPa；最大變形為1.13mm。上吊點提升裝置應力圖如圖9所示。

圖9 上吊點提升裝置應力圖

下吊點提升裝置的最大應力為224MPa<295Mpa，應力最大位置為錨盤接觸面，整體應力小于100MPa；最大變形為0.97mm。

上下吊點提升裝置結構均滿足強度及變形要求[3]。

4.4 鋼連廊組裝

鋼連廊組裝前，利用測量儀器將鋼連廊的縱橫軸線等控制線在鋼平臺上布設準確，做好標識。用全站儀對南北塔樓所有已安裝牛腿的空間坐標進行測量，投影到鋼結構組裝平臺上，與控制軸線進行核對并調整鋼連廊控制軸線。鋼連廊按照調整后的控制線進行組裝，確保鋼連廊提升到位后與塔樓結構預埋牛腿精確對接。先安裝26F主、次桁架，再安裝上部樓層鋼結構。主桁架梁、樓層鋼梁與牛腿的焊縫均錯縫設置[4]。

鋼連廊提升點的位置應與提升點在同一鉛垂線上，水平偏差不應大于提升高度的1/1000，且不應大于50mm。該連廊的凈提升高度為ΔH= 114.10m～34.60m=79.50m，根據規(guī)范要求，水平偏差應控制在50mm內。

5 鋼連廊整體提升

5.1 提升準備

(1)根據工程進度、天氣條件及工地準備情況確定提升日期。提升時的天氣要求：2d～3d內不下雨，風力不大于6級。

(2)根據結構或設備提升到位后的體系轉換和連接固定編制專項方案，對提升過程中可能遇到的異常氣象條件編制應急預案。

(3)提升作業(yè)之前，再次對提升設備、支承結構和鋼連廊結構、應急措施等進行檢查。

(4)提升支承結構之間設置過道和操作點，設置應急停留和檢修的施工平臺。

(5)在裙樓屋面、17F避難層、塔樓屋面等3處空曠位置設置測風儀器，實時監(jiān)測、反饋風力情況。

5.2 整體試提升

(1)分級加載：提升系統調試完成后，液壓同步提升系統按20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的荷載比例逐級加載，加載過程中持續(xù)觀察結構情況。每一級加載完畢，均應對整體提升裝置和鋼連廊進行檢查、檢測，如：上下吊點結構、桁架結構等加載前后的變形情況，以及主樓結構的沉降觀測、穩(wěn)定性等。檢查情況正常后繼續(xù)下一級加載。

(2)懸停觀察：分級加載至鋼連廊即將離開組裝平臺時，降低提升速度并仔細觀查各監(jiān)測點離地情況，確保鋼連廊平穩(wěn)脫離組裝平臺。若有個別點位不同步，暫停整體提升。對該點提升設備進行調校并 “點動提升”調整至同一標高后，再繼續(xù)提升。當鋼連廊脫離組裝平臺約100mm時，停止提升，靜置約12h。

(3)系統檢查：連廊懸停靜置12h后，檢查各個提升點的臨時措施是否正常，測量各吊點標高并計算出吊點間相對高差。通過液壓提升設備調整吊點高度，使連廊保持整體水平。以調整后的吊點高度為新的初始位置，復位位移傳感器。各項工作確認無誤后進行下一步整體提升[5]。

5.3 整體提升

(1)考慮影響提升速度的因素主要有液壓油管的長度及泵站的配置數量，按照設備配置情況，連廊整體實際提升速度約12m/h。

(2)鋼連廊提升至設計高度以下約200mm，調低提升系統液壓泵頻率，降低提升速度至2mm/s。至設計高度以下20mm時，降低提升速度至1mm/s，接近設計標高時進行微調，使鋼連廊精準就位。

(3)鋼連廊結構對接及就位。鋼連廊到達設計標高后，對結構的平面位置和標高進行核對、校正。先安裝連廊26F主桁架嵌補段，使鋼連廊與兩側牛腿結構形成整體；然后焊接27～30F鋼結構與外伸牛腿。

(4)提升支承結構的卸載和拆除。鋼連廊與主體結構經檢測無異常后方可進行提升系統卸載。完全卸載后，拆除提升設備及臨時結構，提升施工結束，移交下一工序。6級及以上的大風和雨雪天氣不進行提升支承結構的拆除工作。

6 提升同步控制措施

6.1 提升環(huán)境控制

提升過程中，對提升通道進行檢查。當提升通道出現障礙物時停止提升，采取措施清除障礙物后方可繼續(xù)提升。

6.2 提升同步控制措施

該工程液壓同步提升，采取“荷載+位移”的組合控制模式，液壓整體提升過程中，同時監(jiān)控各吊點荷載差異及位移差。

(1)荷載監(jiān)控措施

每個提升吊點均設置油壓傳感器，主控計算機通過現場實時網絡監(jiān)測每個提升吊點的荷載變化。荷載差異控制值為5%，如果提升吊點的荷載有異常的突變，則計算機會自動停機，并報警示意。

(2)位移監(jiān)控措施

在提升系統中，設定主令提升吊點，其它提升吊點(跟隨提升吊點)均以主令吊點的位置作為參考來進行調節(jié)。鋼連廊整體提升前，在主、次桁架交匯處設置16個位移控制監(jiān)測點。鋼連廊每提升30m后暫停提升，用激光測距儀對提升點進行標高測量監(jiān)控，保證整體提升同步。位移差控制值為5mm，一旦發(fā)現存在異常情況，立即停止提升并啟動應急預案。

6.3 水平位移控制措施

為了解決提升過程中鋼連廊的晃動(位移控制值≤±300mm)及風荷載影響，采用“導向滑輪”對鋼連廊水平位移進行限位，防止因晃動產生的結構應力破壞。

具體做法是：以核心筒結構外表面作為工作面，在26層桁架外側四角設置“滑輪+彈簧”組合結構件，利用彈簧保證滑輪始終與核心筒表面保持接觸，并隨核心筒表面進行調節(jié)，通過“滑輪銷軸+彈簧+結構件”承受水平風荷載，控制結構水平位移。由于鋼連廊縱向方向兩側為封閉核心筒，該方向的水平位移不予考慮。防風措施如圖10所示。

圖10 防風措施 布置及節(jié)點圖

6.4 垂直控制措施

為了調整鋼連廊在提升過程中的空間姿態(tài)，保證連廊桁架桿件精確對接等，需要對鋼連廊結構的垂直度進行微調。在微調開始前，將同步控制系統由自動模式切換成手動模式。根據需要，對整個液壓提升系統中各個吊點(或單點)的液壓提升器進行微調(向上或向下)，使主桁架精確提升至設計位置。調整到位后，液壓提升系統設備暫停工作，各錨具均由液壓鎖緊狀態(tài)轉換為機械自鎖狀態(tài)，保持鋼連廊空間姿態(tài)，隨后進行結構對接就位。

6.5 卸載控制措施

由于鋼連廊與兩棟塔樓連接方式為固接，對接后形成剛度較大的超靜定體系，提升狀態(tài)與最終設計狀態(tài)(固接后)的結構體系不同，需提前對結構體系轉換進行設計分析。根據卸載不同步效應的結構驗算分析，確定合理的卸載順序。按計算的提升荷載為基準，所有吊點分級卸載，每級卸載10%。

提升系統卸載過程中會出現荷載轉移現象，即卸載速度較快的點將荷載轉移到卸載速度較慢的點上，導致個別吊點可能超載。通過密切監(jiān)控計算機控制系統中的壓力和位移值，若某些吊點的荷載超過卸載前荷載的10%，或者吊點位移不同步達到10mm，則立即停止其它點卸載，而單獨卸載異常點。

6.6 應急加固措施

提升工程考慮3個風荷載等級， 6級風力以內可以提升， 8級風及以下不需要加固，若提升時突然遭遇10年一遇以上大風，按照應急預案在最短時間內對鋼連廊及支承結構進行臨時加固。

6.7 主體結構監(jiān)測

由于鋼連廊就位后項目整體結構體系和受力狀況發(fā)生較大變化，需對主體結構進行觀察、檢測，尤其對塔樓核心筒周邊區(qū)域的墻體裂縫、沉降進行全面、持續(xù)觀察。

7 結語

該鋼連廊整體提升施工前后歷時約26h。整個實施過程高空作業(yè)量較少，安裝工期大為縮短，施工經濟性好。鋼連廊整體提升工程的順利實施，為國貿金融中心項目如期竣工交付奠定了堅實的基礎，同時榮獲2016年度上海市建設工程金屬結構“金鋼獎”。