在既有建筑群中安裝大跨度網架結構雨篷的工藝研究

李冀清

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海市斜土路街道107街坊商辦樓為大型城市綜合體項目，為更好地利用空間，工程設計欲在幾棟建筑樓之間及屋頂平臺上分別搭建2個鋼結構雨篷，以將現有的空地開發生成商業用地。鋼結構雨篷項目有2個單體，即中心雨篷和婚禮雨篷。雨篷結構形式為網架結構，網殼桿件為焊接矩形管，材質為Q345B。

1.1 中心雨篷

中心雨篷位于項目1#、2#、5#商業樓和西塔樓之間，施工作業場地狹窄，周邊塔吊已經拆除，現場情況比較復雜，給本工程的結構安裝帶來很大困難。網殼單元為菱形，檐高24 m，平面尺寸約46 m×53 m，總用鋼量約500 t。支承網架結構雨篷的為樹枝造型的鋼柱子，鋼柱子分為一級柱、二級柱和三級柱，柱子采用截面尺寸分別為φ1 117 mm×40 mm、φ610 mm×35 mm和φ406 mm×22 mm的鋼管柱，分叉節點為鑄鋼件，三級柱網殼是鉸接節點。柱子節點和整個結構模型見圖1、圖2。

1.2 婚禮雨篷

圖1 柱分支點示意

圖2 中心雨篷模型

婚禮雨篷位于5#商業樓樓頂，樓頂標高15.50 m，周邊塔吊已拆除，雨篷投影下方有電梯機房等錯層結構。雨篷網殼為正六邊形單元，檐高約為13 m（相對于樓頂），平面尺寸為15 m×28 m，總用鋼量約75 t。柱子為φ550 mm×14 mm（內灌C30混凝土）的鋼管混凝土柱，網殼邊梁截面為□350 mm×150 mm×12 mm×16 mm，網殼單元截面為□350 mm×150 mm×6 mm×12 mm，屋頂網殼通過盆式橡膠支座與柱子相連。婚禮雨篷的網殼模型如圖3所示。

圖3 婚禮雨篷三維模型

2 工程特點與難點分析

1）網殼為焊接箱型截面，交叉節點為焊接節點，現場焊接量較大，對焊接質量控制要求較高；

2）現場施工場地狹窄，塔吊已經拆除，不能設置大型吊車，需考慮地面拼裝、液壓整體提升的方法；

3）樹狀分叉柱空間定位難，需較高的測量精度；

4）網殼呈平面狀，但立面有直線坡度和曲線坡度，現場拼接難度較大；

5）中心雨篷有鑄鋼節點，鑄鋼構件對制作工藝和安裝精度要求較高；

6）婚禮雨篷有盆式橡膠支座，安裝工藝要求較高[1]。

3 施工技術路線

1）根據中心雨篷結構特點及現場施工條件，綜合考慮工期、成本等技術經濟因素，對雨篷的安裝實行地面拼裝、液壓整體提升的施工技術路線。具體為在中心雨篷4個角區域架設8個提升點，每個提升點處立2根格構柱，上面搭設提升梁，采用液壓千斤頂進行整體提升。

2）根據婚禮雨篷結構特點及現場施工條件，采取地面拼裝，用500 kN的汽車吊吊至樓面，再用獨角桅桿分塊吊裝的技術路線。

3）施工現場平面布置。構件運輸從1#門或6#門進場，沿施工道路運輸至施工區域，由于場地狹窄，為避免二次倒運，構件進場順序和數量能滿足現場施工速度即可，少量構件在施工區域靠邊放置，不再設大的臨時構件堆場，卸車用250 kN汽車吊，中心雨篷拼裝用250 kN汽車吊，婚禮雨篷用500 kN汽車吊把構件倒運到5#商業樓樓頂，再用獨角桅桿分塊吊裝（圖4）。

4）中心雨篷分段。根據本工程鋼結構特點和設計要求，考慮現場施工條件，單根構件長度不能超過8 m，否則將導致運輸困難。一級鋼柱分為2段，網殼按照設計要求的網殼單元經工廠加工后進行現場拼裝。中心雨篷網殼結構布置見圖5。

5）婚禮雨篷分段。婚禮雨篷位于5#商業樓樓頂，部分鋼柱分為2段加工并運輸至現場，拼裝成整體后吊裝；縱向邊梁分為4段加工，運輸至現場拼裝成2段吊裝；網殼沿縱向分成10條，每條長約14.50 m，寬約2.80 m，分成2段加工并運輸至現場，拼接成條后吊裝。婚禮雨篷網殼結構布置和分段位置如圖6所示。

圖4 施工現場平面布置示意

圖5 中心雨篷網殼結構布置示意

圖6 婚禮雨篷網殼結構布置示意

6）鋼結構施工流程：

（1）中心雨篷構件進場順序按照雨篷拼裝順序，總的施工流程為：安裝4根鋼柱SZ-1→布置胎架對中心雨篷進行拼裝，同時搭設提升架→進行液壓提升→散裝鋼柱SZ-2、SZ-3→拆除提升架。

（2）婚禮雨篷沿縱向分為10條，每條質量約5 t，用500 kN汽車吊把構件倒運到5#商業樓樓頂后，用獨角桅桿吊裝，先吊裝柱子和邊梁，然后沿縱向進行安裝，總的施工流程為：用汽車吊吊裝鋼柱→汽車吊把構件倒運到樓上，用桅桿吊裝其他柱子和臨時支撐→安裝盆式橡膠支座，吊裝鋼邊梁BL-1-1和BL-2-1→吊裝鋼邊梁BL-1-2和BL-2-2→用桅桿吊裝網殼單元HL-1→按照順序逐條安裝HL-2至HL-10，完成整個結構安裝[2]。

4 雨篷的拼裝

由于5#和10#軸線上的鋼柱1和雨篷上的鋼梁在整體提升時有沖突，故拼裝時省去該鋼梁，并在該鋼梁附近用型鋼加固，整體提升到位后再補缺。雨篷的拼裝方向見圖5。

4.1 拼裝胎架的制作及布置

拼裝胎架選用常用高頻的型鋼，調節塊用厚20 mm的鋼板，擬定起始拼裝時，主梁底部標高為0.80 m，滿足仰焊的要求。拼裝時采取主梁分段，兩端架設胎架完成對接拼裝，次梁上緣焊接碼板，便于主次梁焊接的拼裝方法。主梁分段及胎架布置為：主梁按每8 m分成1段，距主梁兩端約1 m處布置胎架（圖7）。根據設計要求，圖8所示的中心圓點處需設置預拱度為120 mm，且在半徑為14.30 m內的預拱度成漸變關系，在半徑14.30 m處的預拱度為0 mm。

圖7 拼裝胎架示意

圖8 預拱度設置

4.2 提升架的設計

雨篷的總質量約為500 t，設置8個提升點，選用8臺1 000 kN的液壓提升千斤頂，每個提升點處搭設2個格構式提升架，考慮到提升時的整體穩定性及提升架搭設對三級柱安裝的影響，故提升架布置如圖9所示。

8個提升點對應8只吊耳，吊耳與主箱型梁上翼緣焊接，吊耳材質為Q345B，提升液壓系統安裝完畢后，豎直投影至桁架上弦的地方即為吊耳位置。以此保證提升過程中提升油缸不產生偏心力（圖10）。

5 鋼柱吊裝

本工程鋼柱最長10 m，分為2段加工，運輸至現場拼接后吊裝。鋼柱質量約2 t，用吊車吊到樓頂后用獨角桅桿吊裝。獨角桅桿長15 m，設計起重量6 t，用φ609 mm×12 mm的鋼管制作，材質為Q235。

圖9 提升架布置

圖10 拼裝好雨篷后開始整體提升

二級、三級鋼柱為樹枝狀，可在雨篷提升到位后，在雨篷鋼梁上布置錨點，用手拉葫蘆或卷揚機吊裝。待二級、三級鋼柱安裝好之后，對雨篷上缺少的桿件進行補缺，割除加固桿件，所有焊接工作完成后，進行超聲波無損探傷，焊縫合格后進行卸載，卸載過程中對雨篷變形進行過程監測。

本工程鋼柱長度雖然較小，但是柱子為鋼管混凝土柱，鋼柱安裝后柱芯要澆筑混凝土，鋼柱為懸臂狀態，沒有與鋼梁連接形成穩定的框架，安裝時必須考慮混凝土振搗對鋼柱產生的水平位移，所以安裝時在柱頂拉纜風繩將鋼柱頂端固定，以減小變形、增加穩定[3]。

6 結語

根據本工程結構特點，決定對網架采用拼裝提升的施工技術，制訂了跨內拼裝、同步整體提升的施工工藝，解決了施工周邊環境復雜等問題，同時也解決了空間鋼網架結構的安裝難題，使整個施工過程順利完成，不僅節約了大量的措施費用，而且取得了良好的社會和經濟效益，為類似工程提供了借鑒。