超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)廊橋施工裝備應(yīng)用技術(shù)

潘忠慶

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

隨著超高層建筑形式的多樣化發(fā)展，以及結(jié)構(gòu)建筑功能性的需要，許多工程在超高層建筑群間采用連接體結(jié)構(gòu)相連，形成上部多層貫通的連體建筑。這種連接體通常采用鋼結(jié)構(gòu)，往往被設(shè)計(jì)成空中廊橋形式。上海國(guó)際金融中心項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)廊橋體系呈T字形，連接3幢超高層塔樓。廊橋依靠2個(gè)豎向勁性筒體結(jié)構(gòu)來(lái)支撐鋼結(jié)構(gòu)廊橋體系。該勁性結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)高、跨度大、構(gòu)件重、截面大、安裝精度和變形要求標(biāo)準(zhǔn)高、施工危險(xiǎn)性大等特點(diǎn)。

大跨度廊橋結(jié)構(gòu)體系兼具高層結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。已有的施工方法有：地下部分使用汽車吊進(jìn)行吊裝，地上部分在支撐筒體內(nèi)安裝塔吊進(jìn)行施工；采用履帶吊完成全部大跨度廊橋結(jié)構(gòu)的施工。上述施工方法，前者難以滿足工況復(fù)雜的大跨度廊橋吊裝需求，且在廊橋主梁結(jié)構(gòu)安裝時(shí)塔吊難以滿足起重性能要求，而后者則受到結(jié)構(gòu)高度的限制，且對(duì)地面結(jié)構(gòu)有較大的影響[1-4]。

本文提出一種新型超高群塔建筑間的大跨度鋼結(jié)構(gòu)廊橋體系施工方法，綜合應(yīng)用行走式塔吊、臨時(shí)支撐、滑移提升系統(tǒng)等綜合裝備應(yīng)用技術(shù)解決方案，從而高效地實(shí)現(xiàn)了大跨廊橋的安全施工。同時(shí)也為今后建筑群間連接體結(jié)構(gòu)施工提供技術(shù)儲(chǔ)備和研究方向。

1 工程概況

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)廊橋位于呈品字形分布的3棟超高層塔樓中間，其正下方為地下混凝土結(jié)構(gòu)。廊橋由2個(gè)支撐核心筒結(jié)構(gòu)和3層T字形樓層結(jié)構(gòu)組成。支撐核心筒起自結(jié)構(gòu)底板，地下部分與混凝土結(jié)構(gòu)連成整體，地上部分穿過(guò)樓層結(jié)構(gòu)至廊橋結(jié)構(gòu)頂。廊橋3層樓層結(jié)構(gòu)均由2道間距為14 m的縱向主梁和橫向次梁組成，主梁延伸至塔樓，通過(guò)滑動(dòng)支座與塔樓結(jié)構(gòu)連接。核心筒兩側(cè)與樓層主梁連接處設(shè)置有2道銷軸斜撐，形成桁架區(qū)結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 廊橋結(jié)構(gòu)組成

廊橋地下部分高26.25 m（地下5層），地上部分高60 m；長(zhǎng)度為158 m，凈跨度75.50 m，與左右2座塔樓連接的邊跨32.25 m，T形跨25.75 m。廊橋主梁截面最大達(dá)到3 750 mm×1 050 mm×18 mm×60 mm，主結(jié)構(gòu)構(gòu)件材質(zhì)為Q420GJC和Q460GJC高強(qiáng)度鋼材。由于截面巨大，廊橋主跨大型箱梁的最大質(zhì)量達(dá)到120 t；桁架區(qū)主構(gòu)件也達(dá)到42 t。

2 施工組織技術(shù)路線

廊橋施工過(guò)程中，塔樓以及廊橋下方金融劇院也在同時(shí)施工?，F(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地進(jìn)場(chǎng)，各專業(yè)工程交叉施工，工作空間重疊。綜合考慮工程總進(jìn)度計(jì)劃，并結(jié)合實(shí)際工況，廊橋施工組織采取如下技術(shù)路線。

樓層面以下采用汽車吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝，樓層面采用大型行走式動(dòng)臂塔吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝。其中B5～B3層廊橋核心筒跟隨地下混凝土結(jié)構(gòu)施工節(jié)奏，以確保超大基坑安全，之后廊橋核心筒按照鋼結(jié)構(gòu)施工節(jié)奏獨(dú)立沖高；由核心筒向兩側(cè)施工樓層結(jié)構(gòu)前，設(shè)置臨時(shí)支撐，控制結(jié)構(gòu)變形；主跨主梁采取現(xiàn)場(chǎng)拼裝、滑移提升進(jìn)行安裝。

根據(jù)施工技術(shù)路線，廊橋施工可分為6個(gè)階段：支撐核心筒沖高、核心筒兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)支撐并安裝桁架、左右兩側(cè)邊跨區(qū)安裝、主跨區(qū)安裝、主跨次梁完成并卸載臨時(shí)支撐、T形跨區(qū)安裝。

3 大型行走式塔吊應(yīng)用技術(shù)

根據(jù)廊橋總跨度長(zhǎng)、主梁截面大、構(gòu)件質(zhì)量大等特點(diǎn)，結(jié)合工期要求、工程安全、施工效率以及經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮，采用行走式塔吊作為起重設(shè)備首選。選擇2臺(tái)12 000 kN·m行走式塔吊對(duì)稱布置在廊橋T形跨一側(cè)。行走軌道長(zhǎng)度均為50 m，軌距11 m，塔吊主臂50 m，塔身自立高度為72 m。

3.1 行走式塔吊安裝

行走式塔吊安裝順序：在首層樓面混凝土柱頂設(shè)置埋件，并通過(guò)高750 mm鋼墩補(bǔ)平樓面結(jié)構(gòu)高差→沿軌道垂直方向設(shè)置橫向枕梁，在其上安裝2道長(zhǎng)50 m軌道鋼梁，軌道鋼梁側(cè)面增設(shè)斜撐與枕梁連接→在軌道鋼梁上鋪設(shè)行走軌道，隨后依次安裝行走機(jī)構(gòu)及塔吊部件（圖2）。

圖2 行走式塔吊軌道基礎(chǔ)

需要注意的是，在埋件、枕梁、軌道梁以及軌道安裝過(guò)程中，相對(duì)標(biāo)高應(yīng)嚴(yán)格復(fù)測(cè)，避免塔身自立時(shí)將標(biāo)高差放大，造成塔身傾斜。

3.2 行走式塔吊基礎(chǔ)校核

塔吊荷載通過(guò)軌道基礎(chǔ)傳遞至枕梁兩端的混凝土柱頂，由混凝土柱直接承載，減少對(duì)樓面結(jié)構(gòu)的影響。建立軌道基礎(chǔ)及局部首層混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)校核（圖3），鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)安全系數(shù)為2.2，混凝土結(jié)構(gòu)具有1.9倍安全儲(chǔ)備，滿足要求。

圖3 塔吊基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度校核

4 大型臨時(shí)支撐實(shí)施技術(shù)

4.1 臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)

根據(jù)廊橋施工模擬分析計(jì)算結(jié)果，邊跨一側(cè)臨時(shí)支撐承受的最大豎向荷載為1 589 kN，主跨一側(cè)最大豎向荷載為3 726 kN。結(jié)合實(shí)際工況，在邊跨一側(cè)自首層樓面至廊橋樓層底設(shè)置高37.65 m的三肢格構(gòu)柱臨時(shí)支撐，截面邊長(zhǎng)2.60 m。格構(gòu)柱下端設(shè)置箱形轉(zhuǎn)換鋼梁將支撐荷載傳遞至混凝土主梁、柱，從而減小廊橋施工過(guò)程中對(duì)地下結(jié)構(gòu)影響，避免結(jié)構(gòu)加固。在主跨一側(cè)自結(jié)構(gòu)底板至廊橋樓層底設(shè)置截面5.20 m×3.20 m、高62.53 m的方形節(jié)架支撐（圖4、圖5）。

圖4 廊橋臨時(shí)支撐體系

圖5 三肢格構(gòu)柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意

支撐體系均分節(jié)加工，并進(jìn)行實(shí)物預(yù)拼裝，減小高度誤差。隨后現(xiàn)場(chǎng)逐節(jié)安裝，從而提高施工效率，緩解堆場(chǎng)壓力。為避讓地下混凝土梁柱結(jié)構(gòu)，方形節(jié)架平面布置均呈偏心狀態(tài)。另外，通過(guò)對(duì)基坑結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的一體化分析，優(yōu)化臨時(shí)支撐平面和立面布置方式，化解了第1道環(huán)撐與鋼結(jié)構(gòu)干涉的影響。

4.2 臨時(shí)支撐卸載和拆除

廊橋主跨主梁安裝完成后，隨后進(jìn)行臨時(shí)支撐的卸載和拆除。臨時(shí)支撐頂端與樓層主梁連接節(jié)點(diǎn)采用漸變式滑動(dòng)支撐（圖6），卸載時(shí)松動(dòng)限位，上部支撐在結(jié)構(gòu)變形荷載的作用下沿斜面逐漸下滑，直至卸載全部完成。卸載采取先外側(cè)三肢格構(gòu)柱同步卸載，后方形節(jié)架同步卸載，過(guò)程中采用傾角儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變形情況。

圖6 漸變式滑動(dòng)支撐

5 滑移和提升綜合實(shí)施技術(shù)

廊橋6根主跨主梁最大質(zhì)量為116 t，長(zhǎng)50 m，且塔吊距離其安裝位置較遠(yuǎn)，即便采用雙機(jī)抬吊，起重量也無(wú)法滿足要求。即便選用超大型的起重機(jī)械，危險(xiǎn)性也較大，施工質(zhì)量亦難以保證，且對(duì)地面結(jié)構(gòu)也將造成很大的影響。另外，分段吊裝的施工方案則受限于安裝精度要求非常高、施工困難等因素，將大大影響安裝進(jìn)度、結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及施工安全。因此，經(jīng)過(guò)多方案綜合評(píng)選及合理優(yōu)化，最終采用分段加工、現(xiàn)場(chǎng)拼接、牽引滑移、液壓提升的施工方案。

5.1 牽引滑移

牽引滑移系統(tǒng)位于地下混凝土結(jié)構(gòu)上方。系統(tǒng)由2道間距為17 m的鋼箱梁和3根φ609 mm鋼管支撐組成，鋼管底部支承在結(jié)構(gòu)底板上，側(cè)面與地下樓面結(jié)構(gòu)可靠固定；鋼箱梁支承在鋼管頂部，端部與行走式塔吊縱向軌道鋼梁擱置連接（圖7）。

圖7 牽引滑移系統(tǒng)

隨后在滑移支承系統(tǒng)上方鋪設(shè)通長(zhǎng)滑移軌道，并在軌道槽內(nèi)涂刷潤(rùn)滑劑。接著將滑移支承托架安裝至軌道上。同時(shí)，在滑移支承系統(tǒng)另一端首層樓面上安裝2臺(tái)5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼絲繩依次穿繞導(dǎo)向滑輪、托架動(dòng)滑輪、端部定滑輪，形成走三工況后為滑移提供150 kN的牽引力。

在與行走式塔吊連接一端設(shè)置拼裝胎架，主梁分3段進(jìn)行焊接拼裝。之后，2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步牽引將鋼梁同步滑移至提升位置正下方。

5.2 液壓提升

為避免整體提升導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形與安全風(fēng)險(xiǎn)，采取主跨主梁分6次自上而下單根提升（圖8）。液壓提升系統(tǒng)由中央同步控制系統(tǒng)、液壓油泵、液壓千斤頂、提升支架、鋼絞線等組成。施工流程如下：

圖8 主跨主梁現(xiàn)場(chǎng)提升

1）將提升支架安裝到主跨主梁安裝位置兩端廊橋桁架主梁上。3層主梁分東西兩側(cè)，每側(cè)3根，共需設(shè)置4臺(tái)提升支架。

2）液體千斤頂內(nèi)穿鋼絞線，隨后固定在提升支架懸挑端。每臺(tái)提升架安裝2個(gè)千斤頂，即每根鋼梁采取2臺(tái)提升架4點(diǎn)吊裝。2個(gè)千斤頂間距大于梁寬，以便鋼絞線從鋼梁兩側(cè)下放。

3）鋼絞線與滑移到位鋼梁梁側(cè)吊耳固定，隨后中央同步控制系統(tǒng)控制千斤頂同步提升鋼絞線，將鋼梁提升到位。

6 結(jié)語(yǔ)

本超高層群塔大跨度鋼結(jié)構(gòu)廊橋工程通過(guò)一系列施工裝備及技術(shù)的綜合應(yīng)用，實(shí)踐出一套設(shè)計(jì)理念先進(jìn)、設(shè)備運(yùn)用合理、施工技術(shù)創(chuàng)新的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及裝備。

1）通過(guò)施工過(guò)程的模擬分析，研究掌握了結(jié)構(gòu)體系的受力機(jī)理，確定了臨時(shí)支撐的合理設(shè)置，進(jìn)而控制結(jié)構(gòu)荷載的傳力路線，確保了施工過(guò)程的安全高效。

2）大型行走式塔吊及行走基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，拓展了行走式塔吊的應(yīng)用范圍，提高了結(jié)構(gòu)安裝效率。

3）綜合考慮實(shí)際工況以及廊橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，創(chuàng)新研發(fā)廊橋主跨鋼箱梁滑移提升系統(tǒng)和實(shí)施技術(shù)，減小了對(duì)支承結(jié)構(gòu)和施工環(huán)境的影響，以最小的代價(jià)確保了施工安全和實(shí)現(xiàn)了精益建造。