81 米亞洲第一單體超大跨度鋼結(jié)構(gòu)廊橋整體提升施工關(guān)鍵技術(shù)

沙峰峰，朱偉明，焦國(guó)民，彭 平，胡倩茜

（1.江蘇省建筑工程集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000；2.江蘇省建筑工程集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000；3.蘇州環(huán)秀湖旅游發(fā)展有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著公共建筑的高速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于都具有本身較為明顯的優(yōu)勢(shì)，為滿足建筑設(shè)計(jì)美觀與結(jié)構(gòu)安全性，常常會(huì)將兩種新的結(jié)構(gòu)形式相組合，將空中鋼結(jié)構(gòu)連廊作為連接相鄰兩座鋼筋混凝土塔樓的建筑形態(tài)就是典型的組合結(jié)構(gòu)形式。蘇州陽(yáng)澄湖景區(qū)配套酒店項(xiàng)目作為蘇州市相城區(qū)標(biāo)志性的建筑工程，鋼廊橋也被應(yīng)用其中，作為亞洲第一單體的鋼連廊，不管是在結(jié)構(gòu)本身跨度、重量以及提升高度，對(duì)傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)連廊施工來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是較大的挑戰(zhàn)。因此，在汲取類似工程施工經(jīng)驗(yàn)后總結(jié)出錯(cuò)位整體地面拼裝技術(shù)、液壓提升滑移技術(shù)、高精度計(jì)算機(jī)輔助控制技術(shù)［1］，在滿足實(shí)際施工要求的同時(shí)，能夠有效提升高空大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安全性，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［2］。

1 工程概況

蘇州陽(yáng)澄湖景區(qū)配套酒店項(xiàng)目位于蘇州市相城區(qū)相融路西側(cè)，背靠環(huán)秀湖，地理位置優(yōu)越。建筑總用地面積：164 832 m2；占地面積：31 652 m2；總建筑面積：105 779 m2；其中地上建筑面積 197 730 m2，地下建筑面積 108 178 m2，項(xiàng)目效果圖如圖 1 所示。

圖1 蘇州陽(yáng)澄湖景區(qū)配套酒店項(xiàng)目效果圖

兩棟塔樓頂部通過(guò)廊橋連接，如圖 2 所示，其中鋼連廊的寬度為 22 m，跨度 81 m；其底部標(biāo)高+79.7 m，頂部標(biāo)高+94.75 m；桁架結(jié)構(gòu)由 4 榀主桁架及次聯(lián)系結(jié)構(gòu)組成，自身高度 16.18 m，提升重量 2 600 t，屬于全國(guó)最大跨度的鋼結(jié)構(gòu)吊掛式連廊。

圖2 蘇州陽(yáng)澄湖景區(qū)配套酒店項(xiàng)目效果圖

2 工藝特點(diǎn)

由于工程中的鋼結(jié)構(gòu)連廊超大跨度、超高安裝高度、超大噸位對(duì)其在施工過(guò)程中的地面拼裝、液壓提升、高空對(duì)接安裝提出了巨大的挑戰(zhàn)，針對(duì)施工過(guò)程中的重難點(diǎn)，采用 10 個(gè) TJJ-5000 型液壓提升器和 10 個(gè) TJG-1000 型液壓爬行器，配備 1 臺(tái) YT-1 型計(jì)算機(jī)同步輔助控制，各臺(tái)液壓提升器配備一套行程傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證其工作過(guò)程中位移的同一致性。鋼連廊經(jīng)過(guò)提升、滑移、下降后，使得廊橋落在鋼支座上。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廊橋安裝過(guò)程提供精度調(diào)整、應(yīng)力應(yīng)變控制、過(guò)程記錄等全方位功能需求［3］。運(yùn)用 BIM 技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廊橋進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，可以真實(shí)地模擬其從地面拼裝、提升、滑移、對(duì)接等施工過(guò)程，起到指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的作用。

3 工藝原理

考慮到超大跨度鋼結(jié)構(gòu)廊橋整體提升施工難度大，其中鋼結(jié)構(gòu)拼裝、提升方案、精度控制這三大方面最為重要。經(jīng)過(guò)專家對(duì)各種施工方案的必選，最終采用地面整體錯(cuò)位拼裝技術(shù)、液壓同步提升滑移技術(shù)和計(jì)算機(jī)高精度同步輔助控制技術(shù)來(lái)滿足本工程的施工要求。

3.1 地面整體錯(cuò)位拼裝技術(shù)

鋼連廊的地面拼裝，考慮到原位拼裝提升與鋼支腿相碰，故需在地面錯(cuò)位拼裝［4］，結(jié)合鋼支腿的寬度，需錯(cuò)位 2.0 m 在胎架上進(jìn)行拼裝，胎架布置完成，開(kāi)始主體結(jié)構(gòu)拼裝，在胎架上按空中廊橋的主控尺寸的正投影地面位置，向東側(cè)偏離 2.0 m 定位，安裝 79.7 m 平面梁。因 79.7 m 框架非主要受力梁，主要受力為上部桁架梁，為了減少底部梁應(yīng)力，分段點(diǎn)采取臨時(shí)固定后焊接，后焊點(diǎn)在試提升卸載后進(jìn)行焊接。后焊點(diǎn)如圖 3 所示的 4 個(gè)圈點(diǎn)部位。

圖3 79.7 m 層后焊點(diǎn)布置圖

3.2 液壓同步提升滑移技術(shù)

鋼連廊采用 10 個(gè) TJJ-5000 型液壓提升器作為提升設(shè)備，液壓提升器為穿芯式結(jié)構(gòu)，中間穿鋼絞線，兩端有主動(dòng)錨具，利用鍥形錨片的逆向運(yùn)動(dòng)自鎖性，卡緊鋼絞線向上提升，可將主體結(jié)構(gòu)提升至原設(shè)計(jì)標(biāo)高以上的位置，再通過(guò) TJG-1000 型液壓爬行器對(duì)整體施加水平力，實(shí)現(xiàn)鋼連廊頂推至設(shè)計(jì)水平位置，最后將結(jié)構(gòu)整體下降至設(shè)計(jì)標(biāo)高，此時(shí)鋼連廊落在鋼支座上，即完成了鋼結(jié)構(gòu)的提升作業(yè)［5］，液壓提升詳細(xì)原理如圖 4 所示。

3.3 計(jì)算機(jī)高精度同步輔助控制技術(shù)

整個(gè)過(guò)程通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并反饋至集中控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，可發(fā)出指令來(lái)指導(dǎo)鋼連廊提升過(guò)程。

鋼結(jié)構(gòu)廊橋的提升過(guò)程分三級(jí)進(jìn)行控制：CAN 總線控制→主控制器→液壓提升器，實(shí)現(xiàn)每一級(jí)的獨(dú)立控制，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控與高精度控制的效果。

圖4 液壓提升詳細(xì)原理圖

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在控制室通過(guò)中央控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程對(duì)液壓提升器發(fā)出指令，同時(shí)中央控制系統(tǒng)帶有可視化界面，方便技術(shù)人員觀察數(shù)據(jù)變化。計(jì)算機(jī)高精度同步輔助控制技術(shù)可對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廊橋提升過(guò)程的自動(dòng)及手動(dòng)控制與單臺(tái)提升器的獨(dú)立微調(diào)操作。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→胎架布置安裝→鋼結(jié)構(gòu)拼裝、焊接→提升吊點(diǎn)設(shè)置→液壓提升設(shè)備安裝→鋼結(jié)構(gòu)廊橋預(yù)提升→姿態(tài)動(dòng)作檢測(cè)及校正→鋼結(jié)構(gòu)廊橋提升→微調(diào)→高空滑移→鋼廊橋支座端就位→拆除提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 胎架布置安裝

在本區(qū)域所有地下有柱的位置頂端預(yù)埋埋件，橫向 4 道鋼梁采用工字鋼 500×158×12×20 雙拼在預(yù)埋件上安裝焊接布置，有勁性柱超出地面的與勁性柱（報(bào)告廳勁性柱）直接焊接固定，有負(fù)下區(qū)域的采取直徑 245 mm 的鋼管做立柱進(jìn)行頂撐，兩端靠近A/B主樓結(jié)構(gòu)是空洞，在 17 軸和 26 軸的 8 根主立柱側(cè)面預(yù)埋鋼牛腿，上方各橫擔(dān) 800×300×14×26H 型鋼，與工字鋼500×158×12×20 的雙拼梁連接，有效將空中連廊的重量通過(guò)加固梁傳至地下立柱。

拼裝區(qū)域采用 H 型鋼梁及雙拼工字鋼梁架空做法，局部降板位置采用鋼立柱。鋼立柱及鋼梁受力點(diǎn)均作用在地庫(kù)混凝土柱頭位置。

4.2.2 鋼結(jié)構(gòu)拼裝、焊接

鋼廊橋?yàn)?A、B 樓之間鋼桁架廊橋結(jié)構(gòu)，鋼桁架廊橋頂標(biāo)高 94.75 m，底標(biāo)高 79.7 m，高度為 16.18 m。長(zhǎng)度 81 m、寬度 22 m。本結(jié)構(gòu)由 4 榀主鋼桁架與箱型梁及 H 型鋼梁組成，總重約 2 600 t。由于單根主構(gòu)件較重，分段現(xiàn)場(chǎng)組拼無(wú)法運(yùn)輸，故采取單根構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)，利用 200 t 履帶吊現(xiàn)場(chǎng)組拼。

1）在 4 根加固梁雙拼工字鋼 500×158×12×20上方安裝 10 根輔助廊橋結(jié)構(gòu)安裝的擱置梁 HN700× 3 0 0×1 3×2 4，位置根據(jù)主梁分段位置確定，便于 79.7 m 面主梁、次梁拼裝。

2）在擱置梁上進(jìn)行拼裝，先安裝 79.7 m 面的主梁，再安裝次梁。拼裝需在原位的基礎(chǔ)上偏東側(cè) 1.5 m 進(jìn)行，特別是主梁兩端的底平面必須在同一水平標(biāo)高位置，確保提升就位與支座的緊密配合。

3）在擱置梁 HN700×300×13×24 上安裝輔助胎架，主要為了輔助中間兩榀桁架梁的安裝，其水平頂高度必須與兩側(cè)桁架梁底標(biāo)高一致。2 層胎架必須要保證自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，連接胎架之間的斜撐和連系梁。

4）在主橫梁上安裝立柱（主桁架梁下方的吊掛柱），立柱需定位準(zhǔn)確，左右前后垂直偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

5）安裝 2 層梁實(shí)際為 87.75 m 標(biāo)高的主次梁，先拼裝主梁再拼裝次梁，必須保證 4 根主梁的兩端下部在同一水平標(biāo)高，同時(shí)與下部主梁垂直。

6）2 層柱（87.75～94.75 m 之間立柱）安裝需及時(shí)安裝柱間的斜撐，確保每個(gè)立柱的穩(wěn)定。垂直度＜2 mm。

7）安裝 3 層主次梁（94.75 m），必須保證 4 根主梁的兩端下部在同一水平標(biāo)高，同時(shí)與下部主梁垂直。

8）安裝 2 層斜撐梁，拼裝必須要主框架梁完成，斜撐梁與主框架梁之間的切口需順滑，端面齊整，現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成，如圖 5 所示。

圖5 2 層斜撐梁安裝

桁架與連系梁組裝完成后，復(fù)測(cè)幾何尺寸，無(wú)誤后開(kāi)始焊接。焊接時(shí)必須按照焊接工藝要求對(duì)稱施焊，探傷合格后進(jìn)行驗(yàn)收交接，進(jìn)行油漆補(bǔ)涂和防火涂料施工。

4.2.3 提升吊點(diǎn)設(shè)置

1）廊橋提升吊點(diǎn)設(shè)置總體原則。桁架結(jié)構(gòu)提升吊點(diǎn)的設(shè)置以盡量接近結(jié)構(gòu)原有受力體系為原則，但桁架安裝提升工況與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工況有一定區(qū)別，加之桁架結(jié)構(gòu)投影面積較大、承受原結(jié)構(gòu)自重荷載的支座較多，考慮到提升方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，在保證提升安全的情況下，盡量減少提升吊點(diǎn)的數(shù)量和提升臨時(shí)設(shè)施的用鋼量。廊橋提升共設(shè)置 10 個(gè)提升吊點(diǎn)。

2）廊橋提升吊點(diǎn)的布置。桁架結(jié)構(gòu)提升吊點(diǎn)的設(shè)置需同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性、安全性的要求，經(jīng)過(guò)對(duì)架結(jié)構(gòu)建模分析，反復(fù)比對(duì)各種吊點(diǎn)設(shè)置情況，利用 SAP2000 軟件對(duì)提升工況的反復(fù)模擬分析得出提升吊點(diǎn)的布置方案，綜合考慮桁架結(jié)構(gòu)安裝的安全性和經(jīng)濟(jì)性因素，確定較優(yōu)的提升吊點(diǎn)布置方案。

4.2.4 液壓提升設(shè)備安裝

1）液壓提升器。吊機(jī)將每臺(tái)提升器（含導(dǎo)向架）分別吊裝在各吊點(diǎn)位置，依液壓鎖方位來(lái)調(diào)整放置角度，便于與液壓泵站之間的油管裝拆。焊機(jī)配合用壓板將提升器臨時(shí)焊接固定于上吊點(diǎn)平臺(tái)，每臺(tái)提升器底部采用 4 塊壓板固定，如圖 6 所示。

圖6 液壓提升器固定示意圖（每提升器 4 塊，對(duì)稱布置）（單位：mm）

2）承重鋼絞線。鋼絞線的安裝根據(jù)實(shí)際情況選取不同的方法，鋼絞線穿過(guò)提升器下端并與底錨固定。

3）導(dǎo)向架。導(dǎo)向架位于液壓提升器附近，其頂部的橫桿高于天錨高約 1.5～2 m（總高約 3.5 m），偏離提升器 0.4 m 為宜，保證鋼絞線垂直導(dǎo)出，延導(dǎo)向架順利移動(dòng)。

4）液壓管路的連接。管路連接順序由低往高，逐根進(jìn)行。取下油管接頭內(nèi)部原有的墊圈與對(duì)接頭的 O 形圈連接。

5）液壓泵源系統(tǒng)連接。泵源布置以靠近提升器為原則，使提升器與泵源間的液壓油管盡可能短，具體布置依據(jù)場(chǎng)地情況。

6）計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)的布置。型號(hào)為 YT-1 型的同步控制系統(tǒng)布置時(shí)盡可能與液壓提升器和泵源系統(tǒng)相接近，需置于可避雨且安靜的環(huán)境內(nèi)。

4.2.5 鋼結(jié)構(gòu)廊橋預(yù)提升

預(yù)提升過(guò)程可模擬后期正式提升時(shí)的工況，保證施工安全性。

依托于計(jì)算機(jī)全仿真得到的各吊點(diǎn)的提升反力值，采用逐級(jí)加載，首先以每級(jí)為 20 % 的增幅，由 20 %～ 60 %；再以 10 % 的增幅加載至 80 %；確認(rèn)正常后，最后以 5 % 的增幅加載至 100 %，此時(shí)鋼桁架已脫離臨時(shí)支撐胎架，如圖 7 所示。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)提升

持載過(guò)程要對(duì)各吊點(diǎn)、鋼連廊的變形、相鄰塔樓的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)與觀察，所有數(shù)據(jù)正常的情況下，方可繼續(xù)加載。

4.2.6 姿態(tài)動(dòng)作檢測(cè)及校正

用全站儀測(cè)量各吊點(diǎn)與地面的垂直高度，并得到各吊點(diǎn)的相對(duì)高差。通過(guò)提升器來(lái)調(diào)整各吊點(diǎn)的相對(duì)差，保證鋼連廊進(jìn)入設(shè)計(jì)姿態(tài)，如圖 8 所示。

圖8 姿態(tài)檢測(cè)

4.2.7 鋼結(jié)構(gòu)廊橋提升

姿態(tài)調(diào)整后的位置為初始提升點(diǎn)，位移傳感器恢復(fù)到初始位置，提升鋼連廊至設(shè)計(jì)標(biāo)高處［6］。

4.2.8 微調(diào)

計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)改為手動(dòng)模式后，通過(guò)調(diào)節(jié)安裝在每個(gè)吊點(diǎn)的液壓提升器來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)鋼廊橋的微調(diào)，由于提升器的提升高度控制精度能達(dá)到 0.001 m，因此可以完全滿足空中姿態(tài)調(diào)整與后期桿件安裝的微調(diào)。

4.2.9 高空滑移

啟動(dòng)液壓爬行器，使得連廊沿著軸線被頂推至設(shè)計(jì)水平面。

4.2.10 鋼廊橋支座端就位

在鋼廊橋到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高的 500 mm 位置時(shí)，提升過(guò)程暫停，改為各吊點(diǎn)的微調(diào)，使得鋼連廊平穩(wěn)地落在支座上，這時(shí)仍保持空中姿態(tài)，待完成后期各桿件的焊接安裝后，對(duì)提升系統(tǒng)進(jìn)行卸載減壓，鋼絞線最終達(dá)到完全松弛的狀態(tài)。鋼廊橋的安裝則結(jié)束，如圖 9 所示。

圖9 鋼連廊安裝就位

5 結(jié)論

1）大跨度鋼架連廊為滿足后期提升滑移施工的需求，采用地面整體錯(cuò)位拼裝作業(yè)，施工效率較高，質(zhì)量易于保證。

2）與同類大跨鋼連廊的先提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再進(jìn)行端部高空對(duì)焊的施工技術(shù)，本技術(shù)采用先提升后滑移的過(guò)程，可有效降低高空的作業(yè)時(shí)間與作業(yè)量，并且安裝效率可提升 3 倍以上。

3）采用“液壓同步提升施工技術(shù)”吊裝大跨度鋼架連廊，技術(shù)較為先進(jìn)，安全性有保證；同時(shí)，為大跨度鋼架連廊提升滑移的施工應(yīng)用提供參考。Q