巨型天窗分單元提升技術

中建八局鋼結構工程公司 上海 200125

1 概述

上海世紀匯廣場項目巨型天窗位于裙房4～5層，主要鋼結構由中心天窗區域鋼結構及周邊大型鋼梁組成，總用鋼量約為1 948 t。其中，中心天窗區域鋼結構質量約為269 t，跨度約為26 m；周邊大型鋼梁最大質量為110 t，最大跨度為38.30 m，共9根。為避免一次性投入過多的提升設備，降低施工難度，使工藝簡單化，精度更容易控制，本工程采用分單元提升就位技術，即1#區域和3#區域鋼梁先于2#區域中心天窗提升，在1#區域和3#區域鋼梁提升完畢并將下方托梁安裝完畢之后，開始提升2#區域中心天窗（圖1）。

圖1 天窗區域鋼結構平面布置

2 施工工藝

2.1 工藝原理

根據天窗自身結構特點及提升設備布置情況，在提升設備的工況范圍內合理劃分提升單元，然后分步將各單元構件倒運至拼裝位置，在地面拼裝完成后，通過提升設備將各單元提升至安裝位置。

2.2 單元劃分

天窗區域鋼結構共分為3個提升分塊。1#區域（分塊1）由5根鋼梁組成，鋼梁長度在33～40 m之間，單根鋼梁最大質量為110.50 t，總質量約320 t。3#區域（分塊3）由4根鋼梁組成，鋼梁長度在28～36 m之間，單根鋼梁最大質量為109 t，總質量約245 t。2#中心天窗區域（分塊2）為三角形天窗結構，總質量約270 t[1,2]。

3 方案設計

3.1 上部提升架設計

天窗區域鋼結構提升施工以承托鋼柱為支點，上部提升支架分別設置在鋼柱、鋼梁頂部，與承托鋼柱、鋼梁全熔透焊接連接，如圖2所示。

圖2 上部提升架示意

3.2 下部吊點設計

在鋼梁上翼緣焊接吊耳結構，并在鋼梁翼緣與腹板之間焊接加勁板，如圖3所示。

3.3 貝雷支撐架設計

3.3.1 提升用貝雷支撐架設計

提升用貝雷支撐架由2組4片貝雷片和支撐架共同構成。4片貝雷片平行布置，間距200 mm，如圖4所示。側面采用600型支撐架進行連接，該支撐架在平面上連接并排的4片貝雷片，2組貝雷支撐架之間采用450型支撐架連接，貝雷支撐架相鄰2節之間采用栓銷連接。

圖3 下部吊點示意

圖4 600型連接支撐架及連接示意

根據受力情況，貝雷支撐架設計采用8片加強型，4片一組，組與組之間采用450型支撐架連接。

3.3.2 加固用貝雷支撐架設計

加固用貝雷支撐架分單組4片貝雷片和2組單片貝雷片2種。其中，4片貝雷片平行布置，間距200 mm，采用600型支撐架進行連接，擱置在中心天窗鋼梁上方，采用10#槽鋼焊接限位與天窗鋼梁連接；2組單片貝雷片放置在4片貝雷片組成的支撐架上，采用10#槽鋼焊接限位連接。

3.4 中心天窗加固設計

2#區域中心天窗采用整體提升，因中心天窗在提升時受力體系變形很大，根據提升計算分析，需用貝雷片對其進行加固（圖5）。同時，TSD1與TSD2之間需用上下弦桿為φ89 mm×6 mm、腹桿為φ180 mm×10 mm的單片桁架加固（圖6）。

圖5 中心天窗加固示意

圖6 加固桁架示意

4 提升流程

根據施工進度計劃安排，在承托鋼柱柱芯混凝土及其所在首層樓板澆筑完畢并達到強度后，開始鋼結構的提升工作。1#區域和3#區域鋼梁先于2#區域中心天窗提升，在1#區域和3#區域鋼梁提升完畢并將下方托梁安裝完畢后，開始提升2#區域中心天窗。1#區域和3#區域鋼梁整體上分兩步進行提升，首先同步獨立提升1#～4#鋼梁，然后在1#～4#鋼梁上搭設貝雷架，通過設置在貝雷架上的油缸將5#～9#鋼梁提升到位；2#區域中心天窗采用整體提升，因中心天窗在提升時受力體系變形較大，根據提升計算分析，需用貝雷片對其進行加固，同時，TSD1與TSD2之間需用單片桁架加固。

1#區域和3#區域上部提升結構為原有結構柱上設置提升支架和貝雷架上設置提升油缸，下部提升結構為大型鋼梁頂部設置提升吊耳。其中，1#～4#鋼梁提升時設置8個提升點，每個提升點設置1臺1 000 kN油缸；5#～9#鋼梁提升時設置10個提升點，每個提升點設置1臺油缸。2#區域上部提升結構為懸挑的提升支架，設置在5層結構柱頂和已提升到位的鋼梁上，布置6個提升點，每個提升點設置1臺1 000 kN油缸[3,4]。

5 技術特點分析

5.1 傳統技術工藝

5.1.1 整體提升法

構件在地面整體拼裝完成后，采用提升架和液壓提升裝置提升至安裝高度后就位焊接，最后拆除提升架。

優點：大部分工作在地面操作，工人安全易保證；地面拼裝焊接質量容易控制；不需大型的吊機或塔吊。

缺點：整體提升工藝復雜，操作難度大；提升設備及技術措施多，成本高。

5.1.2 高空散裝法

搭設高空安裝胎架，將構件采用吊機或塔吊吊裝至設計位置進行安裝，最后拆除安裝胎架。

優點：工藝簡單，容易操作；不需大型的吊車或塔吊。

缺點：安全防護難度大；均是高空作業，質量不易保證；需搭設大量高空安裝胎架，措施費用高，經濟性差；工作量大，施工周期長。

5.2 新型工藝技術

巨型天窗分單元分步提升技術將整個天窗合理劃分為多個提升單元，分塊分階段逐步提升。本技術有以下特點[5,6]：

1）分單元分步提升避免一次性投入過多提升設備及技術措施，一個提升單元提升結束后，提升設備及技術措施投入到下個提升單元，實現了資源的循環利用；

2）根據天窗自身結構特點，將巨型天窗劃分為多個提升單元，相對于整體提升技術，工藝簡單化，精度更容易控制，降低了施工難度；

3）分單元提升施工技術的大部分作業在地面進行，避免了大量的高空作業，保證了質量的同時，工人安全易于保證；

4）分單元提升施工技術，對吊裝機械要求較低，避免采用臨時支撐胎架，減少了成本投入，經濟性較強；

5）分單元提升施工技術，可以解決由于安裝位置特殊、構件較重而導致的常規吊裝機械無法施工的難題，提高施工效率。

6 結語

經上海世紀匯廣場項目實際應用，巨型天窗分單元分步提升技術不僅保證了工期和結構質量安全，同時提高了施工效率、降低了施工成本，社會效益和經濟效益明顯。對后續類似項目成本、工期、質量的控制可起到良好的借鑒作用[7-9]。