超高層鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升施工技術(shù)

謝貽軍，童林浪，黃立夏 （長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 六安 237161）

1 項(xiàng)目背景

某超高層建筑主要由地下室、A座塔樓和B座塔樓以及位于高100m的空中連廊組成；A座寫字樓塔樓建筑地下三層，地上33層，總高度為141.56m，結(jié)構(gòu)體系為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)。B座塔樓為公寓，建筑地下四層，地上22層，總高度為99.48m,結(jié)構(gòu)體系為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻；連廊結(jié)構(gòu)位于A、B座中間，連廊兩側(cè)由兩榀主桁架支撐到標(biāo)高97.650m四根鋼牛腿上，桁架上、下弦連接5道橫梁及水平支撐，組成一個空間巨型桁架結(jié)構(gòu)體系。鋼連廊桁架跨距32.2m，柱距18m，高度12.6m；桁架上、下弦桿截面：800×800×35×35，直腹桿□800×800×35×35，斜腹桿截面為□400×400×16×16；上下弦橫向水平連梁截面為□800×800×35×35，水平支撐為□400×400×16×16；連廊橫向連梁端部懸挑1.75m和2.25m，并設(shè)置□500×500×20×20縱向連梁。

2 施工重難點(diǎn)分析

連廊為三層鋼結(jié)構(gòu)，由兩榀主桁架和上、下弦樓層梁組合而成，寬度約21.8m，總高度達(dá)13.45m,桁架主跨約為32.2m。連廊結(jié)構(gòu)的最大安裝標(biāo)高為+111.435m，總重量約591.63t；鋼連廊（平面位置8～12軸/D～K軸）下部地下室三層，對應(yīng)底板標(biāo)高為-16.18m，-11.38m，-6.58m；地下室頂板標(biāo)高-1.30m；其中9～11/D～K軸區(qū)域存在下沉廣場，樓面板標(biāo)高為-6.58m。

圖1 連廊位置

圖2 下沉廣場現(xiàn)場照片

考慮連廊重，跨度大，就位高，若采用散件在100m的高空安裝，高空焊接質(zhì)量難以保證，安全性存在巨大風(fēng)險，且安裝起吊設(shè)備的成本較高，因此本項(xiàng)目將連廊結(jié)構(gòu)在地下室板頂拼裝，再整體提升就位的安裝方案。此方案拼裝難度較小，施工質(zhì)量、安全、成本均能有效控制。另外由于連廊投影在地面為部分下沉式廣場，需要設(shè)置足夠的支撐架支撐整個連廊桁架，并復(fù)核下部負(fù)一層底板承載力。這部分主要由原設(shè)計單位復(fù)核，后續(xù)也不再贅述。

3 施工方法

3.1 施工思路

連廊主要采用“地面原位拼裝、整體液壓提升、高空補(bǔ)桿”的施工方案進(jìn)行施工。連廊桁架在其投影面正下方的地面上拼裝為整體，同時在塔樓A、B的牛腿處，利用連廊結(jié)構(gòu)預(yù)裝的上弦桿、立柱等結(jié)構(gòu)設(shè)置提上提升點(diǎn)，在連廊結(jié)構(gòu)的下弦桿端部設(shè)置下提升點(diǎn)，上、下提升點(diǎn)由專用底錨及鋼絞線相互來連接。利用設(shè)置于A、B側(cè)塔樓的4套液壓提升設(shè)備將鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升至設(shè)計位置，并與支座牛腿對接安裝，最后拆除液壓提升設(shè)備，完成整個提升工作。

3.2 鋼連廊提升準(zhǔn)備

3.2.1 連廊劃分思路

本次鋼結(jié)構(gòu)提升范圍為A-10～B-1軸交A-A～A-D軸。由于結(jié)構(gòu)布置及提升工藝的要求，所有安裝支座的連接牛腿需要待連廊提升單元到位后方可安裝。本次提升施工范圍見圖3、圖4所示。

圖3 連廊提升單元劃分及提升點(diǎn)布置

圖4 A、B塔樓鋼牛腿劃分

3.2.2 整體提升施工仿真模擬分析

由于連廊桁架在施工狀態(tài)與原設(shè)計一次性安裝存在差異，因此需要考慮施工狀態(tài)的結(jié)構(gòu)安全性。整體提升施工由力控制和位移控制兩種標(biāo)準(zhǔn)。力控制在提升過程中監(jiān)測壓力傳感器值是否符合預(yù)期的設(shè)定值。此設(shè)定值一般控制不超過同步提升時提升點(diǎn)反力值的20%。位移控制在提升過程中通過位移傳感器數(shù)據(jù)與實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并控制各提升點(diǎn)間位移差，保證提升點(diǎn)速度的均勻性。實(shí)際提升過程中，應(yīng)按照不超過1.2倍同步提升反力值和不同步提升點(diǎn)高差最大值不超過50mm雙控制標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)采用穿心式液壓千斤頂時，應(yīng)為相鄰點(diǎn)距離的1／250，且不應(yīng)大于25mm。最高點(diǎn)與最低點(diǎn)允許高差值為50mm）。

圖5 連廊提升時豎向撓度云圖

圖6 連廊提升時應(yīng)力比云圖

圖7 提升點(diǎn)反力

圖8 提升平臺1

圖9 提升平臺2

圖10 提升平臺應(yīng)力比云圖

圖11 提升平臺變形云圖

連廊桁架整體提升過程及支撐結(jié)構(gòu)通過Midas gen進(jìn)行仿真分析與設(shè)計。根據(jù)連廊的整體提升方案，主要的分析結(jié)果如下：

基本荷載組合：1.2D×1.1；標(biāo)準(zhǔn)組合：1.0D×1.1（1.1為提升動力系數(shù)）

連廊在提升施工過程中，最大應(yīng)力比為0.25，符合規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)最大變形為7mm，其提升點(diǎn)間距約為33100mm，變形為跨度的1/4729，滿足規(guī)范1/400的要求。由于篇幅所限，不同步提升不再敘述。提取最大反力為1521kN，作為下步提升架和主體設(shè)計和復(fù)核的依據(jù)。

3.2.3 提升支架及提升點(diǎn)設(shè)計

提升架的設(shè)計需要滿足以下原則：①具有較大的承載力，可以將提升區(qū)鋼結(jié)構(gòu)荷載有效地傳遞給下部土建結(jié)構(gòu)；②具有一定的抵抗側(cè)向荷載的能力；③具有一定的穩(wěn)定性。根據(jù)以上要求及提升點(diǎn)所在位置，本工程設(shè)置了2種提升架類型：①設(shè)置在外排柱頂?shù)闹渭埽虎谠O(shè)置在主結(jié)構(gòu)上的外部提升架。

提升平臺由提升梁、斜撐和斜拉支撐構(gòu)成，各桿件和加勁板之間均采用全熔透的二級焊縫。提升平臺1適用于吊點(diǎn)D01、D04，提升平臺2括號外標(biāo)注適用于吊點(diǎn)D02、括號內(nèi)標(biāo)注適用于吊點(diǎn)D03。

提升平臺結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.65＜1.0，最大抗剪比為0.83＜1.0；最大豎向變形為3mm，滿足規(guī)范要求。

提升上吊點(diǎn)通過專用吊具與主桁架直腹桿上弦焊接，在直腹桿上弦處設(shè)置加勁板。提升下吊點(diǎn)通過臨時牛腿與主桁架直腹桿下弦焊接，在直腹桿下弦處設(shè)置加勁板，以滿足提升要求。下吊點(diǎn)二適用于吊點(diǎn) D02、D03，示意圖見圖12、圖13、圖14所示。

圖12 下吊點(diǎn)1

圖12 下吊點(diǎn)2

圖13 吊點(diǎn)應(yīng)力比云圖

圖14 吊點(diǎn)變形云圖

根據(jù)上述計算可知，提升時牛腿最大應(yīng)力為367MPa（應(yīng)力集中），其中大部分應(yīng)力均在245MPa以下，小于規(guī)范要求的295MPa，最大位移為0.7mm，均滿足提升安全要求。

3.3 鋼連廊提升施工

3.3.1 提升準(zhǔn)備工作

鋼結(jié)構(gòu)連廊在其設(shè)計位置的投影面正下方-0.160m的樓面上拼裝成整體提升單元；在A、B塔樓兩側(cè)混凝土柱和勁性柱、勁性梁設(shè)置4組提升平臺（上吊點(diǎn)）；安裝液壓同步提升系統(tǒng)設(shè)備，包括兩臺YS-PP-60液壓泵源系統(tǒng)、4套YE-SJ-405穿心式液壓千斤頂、1臺YS-CS-01計算機(jī)控制系統(tǒng)、各類傳感器等并對其進(jìn)行測試；在連廊上弦桿上安裝下提升點(diǎn)臨時吊具并與上提升點(diǎn)對應(yīng)；安裝4組專用底錨和專用鋼絞線。

3.3.2 預(yù)提升工作

緩慢提升連廊，使得4組提升鋼絞線受力均勻；檢查鋼連廊結(jié)構(gòu)及液壓同步提升設(shè)備、提升平臺、吊具等的所有措施是否符合規(guī)范及設(shè)計要求；確認(rèn)無誤后，按照設(shè)計荷載的 20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的順序逐級加載，直至連廊提升單元脫離拼裝平臺；待連廊提升約150mm后，暫停提升；測量各提升點(diǎn)的水平標(biāo)高，若不在同一標(biāo)高微調(diào)其至水平位置，并靜置12h。待12h后，檢查鋼連廊結(jié)構(gòu)及液壓同步提升設(shè)備、提升平臺、吊具等的所有措施有無異常；確認(rèn)無異常情況后，開始正式提升；

圖15 提升準(zhǔn)備

圖16 提升中

圖17 提升完成

3.3.3 正式提升工作

鋼連廊整體提升至設(shè)計標(biāo)高向下約200mm處，暫停提升；對連廊結(jié)構(gòu)及提升點(diǎn)尺寸、標(biāo)高等進(jìn)行復(fù)核無誤后，緩慢提升鋼連廊接近設(shè)計位置，并通過液壓提升系統(tǒng)的“微調(diào)、點(diǎn)動”功能，將4組提升吊點(diǎn)精準(zhǔn)就位并與A、B塔樓鋼牛腿對接形成整體；

3.3.4 卸載工作

待連廊高空補(bǔ)桿等工作后，開始對液壓提升系統(tǒng)各提升點(diǎn)逐步卸載，并拆除提升平臺等臨時措施，將鋼連廊從安裝狀態(tài)轉(zhuǎn)換成設(shè)計狀態(tài)。

4 結(jié)語

通過對超高層連廊施工的重難點(diǎn)、安裝條件、安全及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，最終確定地面原位拼裝、整體液壓提升、高空補(bǔ)桿的安裝方案，同時對施工過程仿真分析、提升支架、提升點(diǎn)等關(guān)鍵技術(shù)措施等進(jìn)行了闡述。采用整體提升施工方案及相關(guān)的技術(shù)措施有效確保工程的質(zhì)量、安全、工期及經(jīng)濟(jì)性，對類似項(xiàng)目的施工具有借鑒意義。