超高層建筑中的復(fù)雜塔冠結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

周 翔

上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)開發(fā)股份有限公司 上海 200126

1 工程概況

前灘中心為前灘地區(qū)的標(biāo)志性建筑，位于上海浦東新區(qū)三林鎮(zhèn)107街坊1/26丘，東鄰東育路、南至海陽西路，占地面積10 216.8 m2。項(xiàng)目由1棟280 m的56層超高層主樓和5層裙房組成，地下室整體地下3層，總建筑面積為195 373 m2。 項(xiàng)目塔冠結(jié)構(gòu)由核心筒中部支撐框架部分及外圍28 m挑空大空間部分組成（圖1）。

圖1 前灘中心塔樓結(jié)構(gòu)示意

核心筒中部支撐框架部分RF1～RF3層為混凝土結(jié)構(gòu)，為今后的設(shè)備機(jī)房等功能性房間；RF4層為電梯機(jī)房層并用以支撐鋼結(jié)構(gòu)框架，最頂層（RF5層）為擦窗機(jī)平臺(tái)。外圍28 m挑空大空間部分的主結(jié)構(gòu)由28 m高魚腹式圓鋼管鋼結(jié)構(gòu)桁架組成，與核心筒通過箱形鋼梁焊接連接。塔冠采用橫明豎隱單元式玻璃幕墻，外挑豎向遮陽裝飾線條。裝飾線條挑出玻璃完成面1 000 mm，寬度為750 mm，表面為厚4 mm的氟碳噴涂鋁板；單元板尺寸為1 500 mm（寬） 4 200 mm（高）、1 500 mm（寬）×2 960 mm（高）。

2 重、難點(diǎn)分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立懸臂高度高、精度要求嚴(yán)

塔冠鋼結(jié)構(gòu)豎向魚腹式桁架共有22榀，獨(dú)立安裝高度近27 m。由于安裝高度超高，故對(duì)鋼結(jié)構(gòu)吊裝、焊接施工等都提出了很高的要求，且后期不規(guī)則分布幕墻也要依附固定在鋼結(jié)構(gòu)上，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝精度提出了更高要求。

2.2 工序搭接復(fù)雜，施工組織難度大

塔冠結(jié)構(gòu)整體造型復(fù)雜，在相對(duì)較緊的工期條件下，多專業(yè)交叉施工，需要采取高效的措施方案有序搭接，推進(jìn)各工作，才能很好地完成目標(biāo)節(jié)點(diǎn)[1-3]。同時(shí)，由于施工作業(yè)均處于250 m以上的高空，受風(fēng)壓、低溫等極端因素影響較多，極大地增加了施工組織的難度。

2.3 多專業(yè)交叉作業(yè)，安全管控要求高

塔冠建筑造型復(fù)雜、多變，不僅牽涉到結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、安裝、電梯、防水、泛光照明等專業(yè)，也牽涉到大型塔吊、施工電梯、幕墻單臂吊等大型設(shè)備的高空安裝、轉(zhuǎn)換及拆除，在場(chǎng)地部署、人員管控、機(jī)械安拆管理上難度較大。同時(shí)，為滿足施工操作要求，需要在屋面上大量搭設(shè)操作腳手架，管控風(fēng)險(xiǎn)也較高。

3 塔冠施工關(guān)鍵部署

3.1 階段1

階段部署理由：塔冠結(jié)構(gòu)整體主要以核心筒中部框架體系為支撐系統(tǒng)，故需考慮核心筒先行。為便于內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工和鋼構(gòu)件焊接，需要搭設(shè)臨時(shí)腳手架。腳手架區(qū)域需滿足屋面設(shè)計(jì)荷載要求。因此，在塔樓外圍鋼結(jié)構(gòu)RF1層結(jié)構(gòu)完成并養(yǎng)護(hù)至滿足要求之后，在外圍屋面上核心筒四邊搭設(shè)落地腳手架。搭設(shè)完成后，再進(jìn)行核心筒RF4層（＋271.85 m）以上塔冠鋼結(jié)構(gòu)及中部支撐框架的吊裝施工（圖2）。

3.2 階段2

階段部署理由：塔冠部分幕墻為窗單元施工體系，以鋼結(jié)構(gòu)魚腹式桁架為幕墻橫梁受力點(diǎn)，因此在鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)搭設(shè)的腳手架必須兼顧考慮后期幕墻轉(zhuǎn)換梁及裝飾線條的操作，可確?！耙患芏嘤谩保瑥亩跍p少措施費(fèi)投入的同時(shí)，縮短重復(fù)搭設(shè)腳手架的工期并降低安全隱患。在核心筒RF4層（＋271.85 m）以上塔冠鋼結(jié)構(gòu)及中部支撐框架吊裝完成并進(jìn)行焊接的同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行塔樓屋面外圍落地腳手架的搭設(shè)，繼而進(jìn)行外圍魚腹式桁架的下段吊裝。為保證吊裝完成的桁架下段保持穩(wěn)定，將桁架與RF1層鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)埋件通過φ609 mm鋼管焊接連接（圖3）。

圖2 中部鋼框架吊裝示意

圖3 下段魚腹式桁架吊裝

3.3 階段3

階段部署理由：魚腹式桁架下段吊裝完成后，需盡快將上段吊裝完成，使魚腹式桁架形成整體，以構(gòu)成完整的受力體系。同時(shí)，為保證臨時(shí)施工外電梯盡快拆除，需將永久室內(nèi)消防電梯盡早施工完成，以保證原臨時(shí)施工外電梯處幕墻盡早補(bǔ)缺完成，既可提升外觀形象進(jìn)度，也有利于室內(nèi)裝飾施工。在外圍魚腹式桁架下段吊裝并固定后，再吊裝魚腹式桁架上段結(jié)構(gòu)，同時(shí)完成核心筒中部框架的焊接工作，為后續(xù)消防電梯機(jī)房施工提供作業(yè)面（圖4）。

3.4 階段4

階段部署理由：塔冠幕墻屬于窗單元體系，需將外側(cè)的線條與玻璃單元分開安裝施工，同時(shí)為減小原有塔吊的運(yùn)輸壓力，在塔冠桁架頂部增設(shè)幕墻一體機(jī)，用以專門施工幕墻線條及玻璃單元。由于塔冠屋面設(shè)備必須依靠原有動(dòng)臂塔吊進(jìn)行垂直運(yùn)輸及安裝，因此在塔吊拆除前，必須將屋面設(shè)備全部吊裝就位完成，即在此施工階段需將擦窗機(jī)平臺(tái)層混凝土施工完成。在外圍魚腹式桁架上段結(jié)構(gòu)吊裝并焊接完成后，安裝幕墻塔冠一體化機(jī)械軌道及設(shè)備安裝，同時(shí)將擦窗機(jī)平臺(tái)層混凝土澆筑完成（圖5）。

圖4 上段魚腹式桁架吊裝

圖5 幕墻一體機(jī)安裝測(cè)試

3.5 階段5

階段部署理由：塔冠結(jié)構(gòu)施工完成后，STL420動(dòng)臂塔吊利用率將大大降低，且其租賃費(fèi)較高，對(duì)項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)性不利。同時(shí)，塔吊洞口長(zhǎng)時(shí)間不封閉，已對(duì)后期后續(xù)施工工序造成影響。因此，在此階段先拆除1臺(tái)塔吊，留設(shè)1臺(tái)用以吊裝其余零星設(shè)備及材料。此階段拆除第1階段落地腳手架，主要出于對(duì)大屋面防水保溫的考慮。一般屋面層的絕對(duì)施工工期在2個(gè)月左右，若不在結(jié)構(gòu)施工完成后立即進(jìn)行施工，將無法保證在冬季低溫天氣來臨前完成施工。若在冬季施工屋面，將對(duì)整體防水的施工質(zhì)量極為不利。出于質(zhì)量控制考慮，此階段拆除落地腳手架，先施工大屋面防水保溫層。

同時(shí)，為保證在大屋面防水保溫層施工的2個(gè)月時(shí)間內(nèi)，將對(duì)塔冠幕墻施工的影響降至最低，在魚腹式桁架間搭設(shè)臨時(shí)操作腳手架，以保證幕墻可以在此期間正常施工外部線條體系（圖6）。

3.6 階段6

階段部署理由：為給室內(nèi)裝飾施工提供條件，需盡早封閉屋面結(jié)構(gòu)，減少屋面漏水、滲水等情況。在塔冠設(shè)備吊裝完成后，盡快安排拆除屋面相關(guān)起重設(shè)備結(jié)構(gòu)，尤其在超高層工程中，大部分工程采用內(nèi)爬提升體系的起重設(shè)備，且會(huì)貫通幾個(gè)樓層，若不盡早將上方樓層結(jié)構(gòu)封閉，將直接影響此房間內(nèi)部的裝飾作業(yè)，對(duì)整體項(xiàng)目后期進(jìn)度控制產(chǎn)生不利影響。在塔冠屋面防水保溫層施工完成并養(yǎng)護(hù)至達(dá)到強(qiáng)度要求后，恢復(fù)外圍落地腳手架，通過利用一體機(jī)施工幕墻塔冠窗玻璃單元。在屋面安裝設(shè)備，開始進(jìn)行屋面塔吊拆除置換工作。依照“中拆大，小拆中”的拆除方式，在擦窗機(jī)平臺(tái)層安裝1臺(tái)ZSL270塔吊，用以拆除剩余的1#STL420塔吊，并補(bǔ)缺塔身區(qū)域結(jié)構(gòu)；補(bǔ)缺完成后在大屋面安裝1臺(tái)QTD50，用以拆除ZSL270塔吊（圖7）。

圖6 大屋面防水施工

圖7 ZSL270塔吊安裝

3.7 階段7

階段部署理由：外圍施工升降機(jī)拆除的時(shí)間對(duì)于工程室內(nèi)裝飾施工的完工時(shí)間至關(guān)重要，是工程施工中的關(guān)鍵線路。因此，在室內(nèi)消防電梯安裝驗(yàn)收完成并滿足施工垂直運(yùn)輸能力后，拆除外圍施工升降機(jī)，及時(shí)補(bǔ)缺該區(qū)域幕墻板塊，以便后續(xù)裝飾工作跟進(jìn)。在室內(nèi)永久消防電梯安裝驗(yàn)收完成后，可進(jìn)行室外施工升降機(jī)拆除工作，完成塔冠工程整體造型及塔樓外圍幕墻整體造型。

4 關(guān)鍵技術(shù)方案介紹

4.1 鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)路線

4.1.1 總體技術(shù)路線

1）安裝中部支撐框架。包括勁性鋼柱共計(jì)22根，材質(zhì)均為Q345GJC，存在變截面時(shí)，鋼柱分為2段進(jìn)行吊裝。中部支撐框架鋼梁及斜撐均不分段。

2）在中部支撐框架安裝完成后，進(jìn)行外側(cè)幕墻支架及屋面梁安裝。外側(cè)幕墻支架總高度為25.25 m，分為2段進(jìn)行安裝。第1段（標(biāo)高為＋253.75～＋267.48 m）采用臨時(shí)硬支撐確保其穩(wěn)定性；在第1段形成整體體系之后，利用核心筒內(nèi)2部塔吊配合安裝上部第2段（標(biāo)高為＋267.48～＋279.00 m）。在幕墻支架形成環(huán)形體系后，進(jìn)行頂部屋面梁吊裝。

4.1.2 魚腹式桁架吊裝技術(shù)路線

1）第1段幕墻支架就位后，在塔吊不松鉤的情況下安裝斜向圓管硬支撐。

2）支撐與RF1層通過埋件連接，支撐與幕墻支架的連接方式為現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際尺寸進(jìn)行相關(guān)焊接。

3）相鄰一段幕墻支架安裝完成后，安裝兩榀支架間的連梁。第1段幕墻支架與第2段幕墻支架通過臨時(shí)連接板進(jìn)行連接。

4）下端幕墻支架吊裝安裝交圈后，再進(jìn)行上段幕墻支架安裝。幕墻豎向支撐和屋面梁配套安裝完成后，即吊裝支撐間鋼梁。

5）幕墻支撐及鋼梁采用擱置板和臨時(shí)連接板，校正完成后采用高強(qiáng)螺栓或電焊永久固定。

4.2 幕墻安裝技術(shù)路線

1）在高度279.70 m處圈梁上設(shè)置軌道，使用2臺(tái)臺(tái)車軌道式一體機(jī)，1臺(tái)載人，1臺(tái)吊物。

2）一體機(jī)沿著軌道可以運(yùn)行1圈，從而可以覆蓋所有施工立面。通過吊臂的旋轉(zhuǎn)把吊籃平臺(tái)及其工作吊具旋進(jìn)、旋出外墻面并保持平臺(tái)與需完成面的間距，通過臂頭旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與需完成面的平行。載人起升采用提升機(jī)，吊物起升采用卷揚(yáng)機(jī)。幕墻分為裝飾條及其玻璃板塊，裝飾條凸出幕墻800 mm左右，為實(shí)現(xiàn)作業(yè)功能，需要采用非標(biāo)吊籃。

4.3 高空大型機(jī)械安拆技術(shù)方案

1）拆卸選用1臺(tái)ZSL270型屋面吊（起重臂長(zhǎng)度32 m，最大起重質(zhì)量27 t），1臺(tái)QTD50型屋面吊（起重臂長(zhǎng)度20 m，最大起重質(zhì)量5 t）。

2）提前在相應(yīng)標(biāo)高平面的相應(yīng)位置設(shè)置2臺(tái)屋面吊的埋件，并利用STL420A-25 t塔機(jī)在屋面層（標(biāo)高為＋276.05 m）安裝1臺(tái)ZSL270型屋面吊。

3）利用ZSL270型屋面吊將STT420A-25 t塔機(jī)拆除，并慢慢吊至建筑物北側(cè)地面。再利用ZSL270型屋面吊在桁架結(jié)構(gòu)上（標(biāo)高＋280.00 m）安裝QTD50型屋面吊。

4）利用QTD50型屋面吊，將ZSL270型屋面吊各部件、總成拆除，即將起重臂、平衡臂等構(gòu)件在屋面上解體，然后逐一吊運(yùn)到裙房頂面。

5）用其自身A字架和獨(dú)腳扒桿將QTD50型屋面吊拆除，解體后QTD50型屋面吊的單件最大質(zhì)量不超過1.0 t，由施工升降機(jī)運(yùn)送到地面。

5 結(jié)語

屋面本就是一個(gè)集土建、鋼構(gòu)、幕墻等多專業(yè)于一體的復(fù)雜區(qū)域，再加之大跨度以及超高層風(fēng)荷載等多種因素，如何同時(shí)兼顧安全、質(zhì)量、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)，使項(xiàng)目施工達(dá)到最優(yōu)化，是項(xiàng)目施工管理中十分關(guān)鍵的一環(huán)。

上海前灘中心項(xiàng)目的塔冠結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜，不僅在于永久鋼結(jié)構(gòu)及窗單元板塊建筑體系的組合，而且還要兼顧高空作業(yè)、大型機(jī)械的拆卸與置換。本文所采用的一系列施工技術(shù)和管理措施取得了理想的效果，可為其他工程提供一定的借鑒作用。