鋼桁架與框架組合的空中連廊整體提升安裝施工

孫 婷 房霆宸 夏巨偉

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海超高層建筑智能建造工程技術(shù)研究中心 上海 200080

空中連廊是將2棟或若干棟建筑連接起來的高空通道。常見的空中連廊形式有桁架、空腹桁架、拱結(jié)構(gòu)等。隨著建筑功能需求的發(fā)展，多層大跨度鋼結(jié)構(gòu)空中連廊得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于層數(shù)較多、整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量較大，這類連廊的安裝難度相對(duì)較大，安裝精度和變形控制難度也較大。

對(duì)于空中連廊鋼結(jié)構(gòu)，常用的安裝工藝主要有高空原位安裝和整體提升安裝。對(duì)于高空原位安裝，如果連廊離地高度不高，可以采用設(shè)置臨時(shí)支撐的方法分件吊裝；如果安裝高度很高，則懸臂安裝也是一種方法。如著名的中央電視臺(tái)總部大樓空中90°轉(zhuǎn)角連廊結(jié)構(gòu)，就是采用高空懸臂安裝的典型案例。但在懸臂安裝時(shí)，施工過程中的變形控制難度大，凌空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高，安裝速度慢。

整體提升安裝，即將連廊在地面或投影下方的結(jié)構(gòu)上拼裝完成后，利用整體提升機(jī)構(gòu)同步提升到位。采用整體提升安裝時(shí)，對(duì)于多層連廊來說：首先，由于連廊結(jié)構(gòu)很重，如果下部存在既有建筑，則對(duì)下部結(jié)構(gòu)的承載能力要求較高，結(jié)構(gòu)加固工作量將很大；其次，多層連廊對(duì)整體提升系統(tǒng)的提升能力要求也較高；最后，在提升過程中，多層連廊整體結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積大，對(duì)抗風(fēng)要求高。

采用整體提升和高空原位安裝相結(jié)合的方法，可以較為有效地解決上述問題?？罩羞B廊底部的桁架層采用地面拼裝、整體提升的方法安裝，上部的框架結(jié)構(gòu)可依托提升到位的桁架層原位安裝，充分發(fā)揮各自結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

1 工程概況

某金融中心建筑采用雙塔樓形式，塔樓地上均為20層，結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高92.35 m，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式，部分柱內(nèi)插型鋼。雙塔1—6層之間為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)裙房，頂部16—20層之間設(shè)2座空中連廊。

2座空中連廊的結(jié)構(gòu)布置及形式相同，連廊跨度為42 m，寬度約20.5 m，高4個(gè)樓層（約18 m），采用底部鋼桁架、上部鋼框架組合形式。其中，底部桁架層高2個(gè)樓層，上部鋼框架高2個(gè)樓層。底部桁架層由3榀主桁架（2榀邊桁架和1榀中間桁架）和跨中的2榀橫向連系桁架組成主受力結(jié)構(gòu)。主桁架與兩側(cè)塔樓內(nèi)勁性鋼柱剛性連接。空中連廊在16層、18層、20層設(shè)有平面支撐（圖1）。

圖1 空中連廊立面布置

連廊主桁架桿件均為焊接箱形截面，截面尺寸為350 mm×350 mm×20 mm×20 mm～600 mm×500 mm×35 mm×35 mm不等，材質(zhì)為Q390GJ。連廊上部鋼柱截面為焊接箱形，桁架層樓面梁及上部樓層鋼梁截面為H形（熱軋或焊接），材質(zhì)均為Q345B。連廊樓面結(jié)構(gòu)為鋼筋桁架樓承板組合樓板。

2 工程難點(diǎn)及總體安裝思路

空中連廊位于16層（頂板）—20層（頂板），標(biāo)高為74.2～92.35 m，連廊鋼結(jié)構(gòu)底部離下部混凝土結(jié)構(gòu)（6層頂板，標(biāo)高29.4 m）凈空近45 m，安裝高度高。連廊跨度42 m，主桁架單榀質(zhì)量約116 t，單座連廊桁架層質(zhì)量約588 t，單座連廊鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約810 t。

針對(duì)大跨、重型空中連廊結(jié)構(gòu)，結(jié)合其底部桁架、上部鋼框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬采用桁架層整體提升安裝、上部鋼框架高空原位安裝的方法進(jìn)行施工[1-2]。連廊拼裝工位布置在其投影下方的6層鋼筋混凝土裙房頂部。連廊拼裝和提升安裝不影響裙房?jī)?nèi)部二結(jié)構(gòu)、機(jī)電管線、裝飾等專業(yè)施工?？紤]到整座連廊質(zhì)量達(dá)810 t，投影面積為840 m2，如果整座連廊一起拼裝和提升，則拼裝時(shí)作用在裙房屋頂?shù)暮奢d將達(dá)到近10 kN/m2。為降低作用在混凝土結(jié)構(gòu)上的荷載，同時(shí)減小提升荷載和結(jié)構(gòu)加固量，考慮僅拼裝和提升桁架層，將拼裝荷載降至7 kN/m2。上部的2層鋼框架待桁架層提升安裝完成后，再高空原位安裝。

3 空中連廊安裝方案

3.1 桁架層整體拼裝

3.1.1 拼裝胎架搭建

裙房結(jié)構(gòu)施工時(shí)，根據(jù)拼裝荷載對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力復(fù)核。在混凝土柱頂預(yù)埋埋件，方便后續(xù)連廊拼裝胎架固定。

根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃安排，桁架層拼裝準(zhǔn)備工作在兩側(cè)塔樓結(jié)構(gòu)封頂前2個(gè)月開始。利用塔樓的2臺(tái)塔吊進(jìn)行拼裝胎架的安裝，胎架采用H型鋼搭設(shè)。為有效減少拼裝荷載對(duì)混凝土屋面結(jié)構(gòu)的影響，胎架根據(jù)裙房結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)，架空支承在柱頂上，以確保胎架自重及拼裝荷載直接傳遞至混凝土柱。根據(jù)施工計(jì)算，經(jīng)拼裝胎架傳遞至混凝土柱頂單點(diǎn)最大豎向荷載為610 kN，可通過加大局部混凝土柱配筋解決受力問題，不增大混凝土柱截面尺寸。

胎架搭建完成后，采用全站儀進(jìn)行測(cè)量定位放線。為確保定位線在拼裝過程中不發(fā)生偏移，定位線測(cè)放在裙房屋面混凝土結(jié)構(gòu)上。

3.1.2 桁架層拼裝施工

桁架層構(gòu)件按弦桿為主進(jìn)行工廠分段，分段長(zhǎng)度根據(jù)塔吊起重能力確定，基本為一個(gè)節(jié)間一段，長(zhǎng)度為8.4 m。桁架兩端與塔樓連接處桿件加工時(shí)預(yù)留余量，待預(yù)埋在塔樓混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的桁架連接鋼牛腿施工完成后，通過全站儀實(shí)測(cè)鋼牛腿實(shí)際偏差，并與工廠內(nèi)桁架桿件之間采用數(shù)字化虛擬預(yù)拼裝，確定端口修正尺寸，確保桁架桿件加工精度。桁架層桿件在現(xiàn)場(chǎng)采用塔吊進(jìn)行整體拼裝，鋪設(shè)底層鋼筋桁架樓承板，作為高空安裝作業(yè)時(shí)的安全硬隔離。

3.2 桁架層整體提升安裝

3.2.1 整體提升系統(tǒng)布置

根據(jù)連廊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及兩側(cè)塔樓結(jié)構(gòu)布置，提升點(diǎn)共設(shè)6個(gè)點(diǎn)，每側(cè)3個(gè)點(diǎn)，提升下錨點(diǎn)分別設(shè)置在連廊3榀主桁架的兩端，具體布置如圖2所示。利用塔樓處塔吊安裝液壓整體提升支架和液壓千斤頂?shù)仍O(shè)備。提升支架固定在兩側(cè)塔樓勁性鋼柱柱頂上，支架形式如圖3所示[3-4]。提升系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)收。

圖2 整體提升點(diǎn)布置

圖3 提升支架形式

3.2.2 整體提升

將桁架層試提升，當(dāng)桁架最低點(diǎn)離開胎架30 cm后，懸停，進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)；靜止數(shù)小時(shí)，待整體提升系統(tǒng)和桁架結(jié)構(gòu)檢測(cè)無誤后，開始正式提升（圖4）。

圖4 空中連廊整體提升準(zhǔn)備工況

桁架層整體提升到位并校正后鎖定提升系統(tǒng)，先完成桁架所有弦桿與塔樓鋼牛腿的臨時(shí)固定連接。然后利用塔樓塔吊補(bǔ)缺安裝桁架層與塔樓之間的連接構(gòu)件，完成桁架層接頭的永久連接。最后完成整體提升系統(tǒng)荷載轉(zhuǎn)換，利用塔樓塔吊拆除整體提升系統(tǒng)。

3.2.3 整體提升工況計(jì)算

對(duì)整體提升過程進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，得出提升點(diǎn)荷載及提升過程最不利工況下的連廊應(yīng)力和變形，限于篇幅，計(jì)算過程略去[5]。計(jì)算表明，在整體提升過程中，空中連廊的最大應(yīng)力為24.4 MPa，最大變形為8.9 mm，即采用整體提升安裝工藝，連廊結(jié)構(gòu)是安全的（圖5）。

圖5 連廊整體提升最不利工況下的應(yīng)力、變形云圖

根據(jù)提升計(jì)算分析，各提升點(diǎn)提升荷載如表1所示。每個(gè)提升點(diǎn)配置1臺(tái)額定提升能力1 500 kN的穿心式液壓千斤頂，各提升點(diǎn)提升能力均大于對(duì)應(yīng)吊點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍，總提升能力（1 500 kN×6=9 000 kN）是總提升荷載標(biāo)準(zhǔn)值（5 880.9 kN）的1.53倍，即大于1.25倍且不大于2.5倍，滿足GB 51162—2016《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

表1 各提升點(diǎn)荷載及千斤頂配置

同時(shí)，對(duì)設(shè)置在塔樓頂部的提升支架進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果表明所設(shè)計(jì)采用的提升支架最大應(yīng)力為186 MPa（提升支架材質(zhì)均為Q345B），最大變形為16 mm，提升支架的承載能力及變形均滿足安全要求（圖6）。

圖6 提升支架應(yīng)力及變形云圖

為確保整體提升過程安全，在施工全過程中進(jìn)行了變形和應(yīng)力監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)采用全站儀，測(cè)點(diǎn)主要布置在桁架兩端（提升點(diǎn)）和跨中以及提升支架千斤頂布置位置。對(duì)6個(gè)提升千斤頂?shù)男谐踢M(jìn)行同步監(jiān)測(cè)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)同樣布置在被提升桁架和提升支架上，桁架上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采用無線技術(shù)傳輸，提高數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和操作安全性；提升支架上的應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用傳統(tǒng)的有線采集技術(shù)進(jìn)行處理。

3.3 桁架層上部鋼框架原位安裝

桁架層結(jié)構(gòu)全部安裝完畢，整體提升系統(tǒng)卸載后，利用塔樓的2臺(tái)塔吊逐層吊裝桁架層上方鋼框架。由于桁架層底部樓承板事先已在地面鋪設(shè)完畢，故在上部鋼框架吊裝時(shí)已形成了可靠的高空硬隔離，有效地保證了施工安全。

4 結(jié)語

通過采用底部桁架層整體提升、上部鋼框架高空原位安裝的組合安裝方法，解決了雙塔樓之間大跨度空中連廊鋼結(jié)構(gòu)的安裝問題，同時(shí)降低了拼裝荷載和下部結(jié)構(gòu)的承載要求。通過工廠預(yù)拼裝結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)反饋，保證了鋼桁架整體提升時(shí)的空中對(duì)接精度，提高了鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

工程實(shí)施的不足之處是受承包模式、幕墻施工進(jìn)度等制約，連廊底部的幕墻未能實(shí)現(xiàn)與桁架層地面拼裝時(shí)一并安裝、隨桁架一起提升的設(shè)想。這使得后續(xù)空中連廊底部幕墻的安裝又成為一個(gè)難題，對(duì)此可在后續(xù)類似工程中考慮進(jìn)一步優(yōu)化。