大型既有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)局部改造拆除施工技術(shù)

凌旭輝

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

隨著一線城市商業(yè)地產(chǎn)進(jìn)入存量發(fā)展時(shí)期，商業(yè)城市更新被視為下一階段商業(yè)地產(chǎn)發(fā)展的重要風(fēng)口，上海近幾年市中心也步入了該階段。而城市更新發(fā)展到今日，已不僅僅是推倒、拆除、重建的更新，而是保持原有城市肌理，甚至保留原有建筑外貌的一種更新，它是變與不變的內(nèi)在統(tǒng)一，屬于有機(jī)更新的范疇。城市有機(jī)更新，是指在不大規(guī)模拆除建筑、街區(qū)的情況下，對(duì)舊建筑進(jìn)行改造，使其在功能上更加適合當(dāng)前的需要。本次介紹的背景工程正是該類(lèi)商業(yè)地產(chǎn)改造的先行者。

1 工程概況

上海世茂國(guó)際廣場(chǎng)，位于上海市南京路步行街起點(diǎn)，總建筑面積近17萬(wàn) m2，主體建筑高達(dá)333 m，于2006年底正式開(kāi)業(yè)。本次因項(xiàng)目業(yè)態(tài)的調(diào)整，在運(yùn)營(yíng)15 a后對(duì)裙房商業(yè)部分進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)重大改造、重塑功能。本次改造涉及重大改造的一個(gè)最大亮點(diǎn)為商業(yè)裙房主入口上方的大跨度網(wǎng)架改造。

本網(wǎng)架為正放四角錐焊接球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，跨度107 m，長(zhǎng)137 m，最大外懸挑26 m。網(wǎng)格尺寸約4 m×4 m，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下弦柱點(diǎn)支撐。前腿網(wǎng)架建筑高度為26.6 m，網(wǎng)架長(zhǎng)度為30.6 m，網(wǎng)架厚度為1.7 m；后腿網(wǎng)架建筑高度34.4 m，網(wǎng)架長(zhǎng)度為24.0 m，網(wǎng)架厚度為1.7 m。鋼網(wǎng)架的鋼管為Q345B、最大鋼管φ203 mm×14 mm；鋼球采用45#鋼，最大鋼球φ550 mm×25 mm；設(shè)計(jì)使用年限為50 a，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)。本工程網(wǎng)架改造需將全部玻璃頂棚及懸挑部分拆除，剩余部分仍將保留改造加固使用（圖1、圖2）。

圖1 網(wǎng)架拆除區(qū)域示意

圖2 網(wǎng)架改造后效果圖

2 主要難點(diǎn)分析

本工程網(wǎng)架結(jié)構(gòu)改造施工難度大，需將懸挑部分拆除，剩余部分仍將保留改造加固使用。網(wǎng)架局部改造有別于一般工程的網(wǎng)架整體拆除，類(lèi)似工程案例極少，工況復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)極高。原網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸挑部分在拆除過(guò)程中會(huì)破壞原結(jié)構(gòu)整體受力平衡，網(wǎng)架桿件受力發(fā)生變化，網(wǎng)架剩余部分發(fā)生變形，若施工過(guò)程中控制不合理，網(wǎng)架拆除過(guò)程中有可能發(fā)生桿件受力過(guò)大損壞、整體變形過(guò)大甚至發(fā)生整體坍塌。

網(wǎng)架局部拆除和改造的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于：對(duì)已正常使用近15 a的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的安全性評(píng)估分析，包括拆除時(shí)及拆除后的安全性評(píng)估；選擇確定合理、安全的拆除方案，并在拆除前完成必要的臨時(shí)加固措施，確保在拆除時(shí)保留的桿件應(yīng)力重分布的安全性。

3 方案的實(shí)施

3.1 網(wǎng)架拆除改造前的準(zhǔn)備工作

在網(wǎng)架改造前必須做好以下幾個(gè)方面的工作：詳細(xì)查閱設(shè)計(jì)圖紙和竣工資料；對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)架情況進(jìn)行詳細(xì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查（包括焊縫、螺栓質(zhì)量、銹蝕情況）；對(duì)目前網(wǎng)架的使用荷載進(jìn)行分析，確認(rèn)是否與原設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算書(shū)使用荷載情況一致[1]。

3.2 改造拆除實(shí)施方案分析與選擇

在前期準(zhǔn)備工作符合并能夠滿(mǎn)足本次改造的基礎(chǔ)上，為了保證拆除過(guò)程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性及其拆除工序的合理性、經(jīng)濟(jì)性等，拆除前與開(kāi)發(fā)商、設(shè)計(jì)院等共同討論，并擬定了2種拆除方案進(jìn)行施工數(shù)值模擬分析對(duì)比，論證實(shí)施操作的安全性。

網(wǎng)架局部拆除方案1：從兩邊到中間對(duì)稱(chēng)按榀拆除玻璃及其龍骨桁架。

網(wǎng)架局部拆除方案2：從中間到兩邊對(duì)稱(chēng)按榀拆除玻璃及其龍骨桁架。

本次施工模擬分析方法通過(guò)分別建模，模擬拆除過(guò)程中2種拆除順序，從各拆除分步中各桿件應(yīng)力分布情況及其引起應(yīng)力重分布后最不利桿件數(shù)量的分布情況進(jìn)行對(duì)比分析（每個(gè)拆除方案均按拆除順序分9個(gè)工況進(jìn)行模擬）。

通過(guò)最終的分析結(jié)果來(lái)看，方案1在前7個(gè)工況下，出現(xiàn)不利構(gòu)件的數(shù)量明顯少于方案2，拆除順序相對(duì)更為合理、有利、安全。

3.3 不利構(gòu)架的加固方法與拆除方法

為了進(jìn)一步確保整個(gè)網(wǎng)架拆除過(guò)程的安全，在拆除順序方案確定后，對(duì)方案1每個(gè)拆除工況下出現(xiàn)的總計(jì)20根不利桿件在網(wǎng)架正式拆除前進(jìn)行事先加固處理。加固采用了補(bǔ)加新鋼板、角鋼、槽鋼等，加大桿件截面。加固處理完成后重新進(jìn)行各步模擬分析計(jì)算，確保玻璃頂棚拆除施工時(shí)每根保留網(wǎng)架構(gòu)件的安全[2]。

3.4 網(wǎng)架改造施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)

網(wǎng)架懸挑部分結(jié)構(gòu)拆除過(guò)程中，原結(jié)構(gòu)受力平衡體系改變，網(wǎng)架桿件應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化。為確保施工過(guò)程中桿件不發(fā)生破壞，結(jié)構(gòu)整體不發(fā)生坍塌，針對(duì)施工過(guò)程中桿件應(yīng)力變化較大以及應(yīng)力較大位置進(jìn)行應(yīng)力實(shí)施監(jiān)測(cè)以指導(dǎo)施工（圖3）。為獲得穩(wěn)定可靠的應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選用美國(guó)基康應(yīng)力傳感器，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)架懸挑部分拆除期間，當(dāng)天提交結(jié)構(gòu)豎向變形和應(yīng)力變化的監(jiān)測(cè)報(bào)表，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)判和預(yù)測(cè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形及桿件應(yīng)力發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)網(wǎng)架改造施工提出指導(dǎo)，確保施工安全可控，并在網(wǎng)架改造完成后提交應(yīng)力監(jiān)測(cè)總結(jié)報(bào)告。

圖3 網(wǎng)架改造施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)布置示意

3.5 焊接球網(wǎng)架拆除與安裝

整個(gè)拆除時(shí)堅(jiān)持“先支撐、先加固、后拆除，先玻璃、后龍骨，先兩邊后中間逐榀對(duì)稱(chēng)拆除”的原則進(jìn)行拆除。雨篷玻璃拆除時(shí)采用脫膠工具將玻璃與支承玻璃龍骨桁架之間進(jìn)行脫膠處理，由兩邊向中間對(duì)稱(chēng)逐榀，按塊逐一由懸挑外端至懸挑內(nèi)端進(jìn)行玻璃拆卸。

雨篷玻璃龍骨桁架體采用氧氣切割拆除，切割點(diǎn)選擇在離原焊接點(diǎn)100 mm處避開(kāi)在懸挑網(wǎng)架上進(jìn)行切割，以免懸挑網(wǎng)架受熱產(chǎn)生物理變化導(dǎo)致材質(zhì)發(fā)生改變和構(gòu)件部位變形。

整個(gè)網(wǎng)架拆除標(biāo)高位于地面以上35 m處，為了確保拆除過(guò)程安全，確保南京路商業(yè)街道游客的安全，故在廣場(chǎng)上搭設(shè)高35 m的滿(mǎn)堂盤(pán)扣式操作架進(jìn)行封閉施工，在網(wǎng)架上下弦設(shè)2個(gè)操作層。

網(wǎng)架構(gòu)件拆除方式采用氣割，拆除自下而上，分層切割，逐段分割落下；切割后的桿件、連接球等，立馬通過(guò)架設(shè)的卷?yè)P(yáng)機(jī)吊運(yùn)至首層地面，減少在滿(mǎn)堂腳手架上的堆載（圖4）。

圖4 網(wǎng)架拆除順序

在網(wǎng)架拆除的過(guò)程中，新網(wǎng)架補(bǔ)缺工作同步進(jìn)行；每天補(bǔ)缺最多施工3個(gè)節(jié)點(diǎn)球，避免網(wǎng)架整體發(fā)生較大的應(yīng)力變形。

在放線及復(fù)核無(wú)誤后，根據(jù)下弦球的大小在滿(mǎn)堂腳手架上設(shè)置臨時(shí)支架，以確保所有的下弦球中心在同一標(biāo)高。通過(guò)下弦球作為交會(huì)點(diǎn)，對(duì)接相鄰網(wǎng)架下弦球節(jié)點(diǎn)和下弦桿件，并進(jìn)行臨時(shí)點(diǎn)焊連接。然后組裝腹桿和上弦桿，從完成組裝的網(wǎng)架下弦中心部位開(kāi)始組裝，組裝過(guò)程中需隨時(shí)對(duì)縱、橫軸線的幾何尺寸進(jìn)行檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)校正。

在起步條塊自檢合格后，按照起步條塊相同工藝流程向兩側(cè)同步進(jìn)行網(wǎng)架小單元組裝對(duì)接，以此類(lèi)推，直至整個(gè)網(wǎng)架拼裝完畢。同時(shí)按拼裝順序同步進(jìn)行終焊工作。

4 實(shí)施效果

在整個(gè)網(wǎng)架施工過(guò)程中，未出現(xiàn)加固后桿件應(yīng)力比和長(zhǎng)細(xì)比監(jiān)測(cè)數(shù)值報(bào)警情況，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各項(xiàng)驗(yàn)收指標(biāo)均合格。上海世茂國(guó)際廣場(chǎng)門(mén)頭網(wǎng)架已全部改造完成，商場(chǎng)已于2018年10月重新開(kāi)業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

城市商業(yè)綜合體更新改造的需求幾乎已伴隨著一線城市的發(fā)展而日益增加，城市更新已成為工程建設(shè)領(lǐng)域的重要一環(huán)。目前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的局部拆改尚缺乏大量的工程經(jīng)驗(yàn)，本工程通過(guò)對(duì)既有網(wǎng)架的建模和工況應(yīng)力分析使方案落地，有效確保了網(wǎng)架整體安全和施工質(zhì)量，對(duì)類(lèi)似工程具有一定的指導(dǎo)意義。