國貿(mào)金融中心41m跨鋼連廊整體提升施工技術(shù)
——裙樓屋面拼裝鋼連廊后整體提升

沈順飚 張鴻文 羅新明

(國貿(mào)地產(chǎn)集團有限公司 福建廈門 361006)

1 工程概況

廈門國貿(mào)金融中心總建筑面積25萬m2，建筑高度138.50m，由裙樓和南北兩棟塔樓組成。裙樓屋頂標(biāo)高為23.20m，南北布置兩棟超高層甲級辦公塔樓。兩棟塔樓通過26～30層的鋼連廊連為一體，如圖1所示。

圖1 國貿(mào)金融中心鳥瞰圖

鋼連廊位于(1-2～1-7)軸交(1-A～1-D)軸26F～30F，軸線跨距41m，底部安裝建筑高度114.1m，總重量1280t，提升重量1044t。其中，26層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，設(shè)計為箱型鋼桁架結(jié)構(gòu)，由4榀主桁架、4榀次桁架及鋼梁組成。27層以上為鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼連廊26F結(jié)構(gòu)層兩端與南北塔樓主核心筒預(yù)埋牛腿之間采用剛性連接。鋼連廊平面圖、立面圖分別如圖2～圖3所示。

圖2 鋼連廊平面示意圖

圖3 鋼連廊立面示意圖

2 工程難點

為了配合項目商業(yè)裙樓精裝修進(jìn)度，需在裙樓采光頂幕墻上方進(jìn)行鋼連廊安裝施工。由于鋼連廊體型大，空中拼裝工作量大、安全風(fēng)險高，且現(xiàn)場垂直運輸設(shè)備難以滿足構(gòu)件吊裝要求，綜合考慮該工程的實際情況，最終采用 “裙樓屋面拼裝，整體提升” 的施工方案[1]。

該方案主要先將鋼連廊構(gòu)件在裙樓屋面的組裝平臺上進(jìn)行拼裝，再利用提升設(shè)備將鋼連廊整體提升至設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接。方案的主要難點有以下4點。

2.1 結(jié)構(gòu)體型和施工難度大

鋼連廊跨度大(軸線跨距41m)，安裝高度高(安裝結(jié)構(gòu)標(biāo)高113.92m)，安裝構(gòu)件重(單件構(gòu)件最重約48.5t)，吊裝作業(yè)半徑大(作業(yè)半徑最大70m)。

2.2 整體提升同步性控制要求高

該鋼連廊體型及自重大，提升點較多，在整體提升過程中，需采用多點同步提升系統(tǒng)進(jìn)行精密控制，確保所有提升點的同步性，避免因施工應(yīng)力不均造成結(jié)構(gòu)破壞。

2.3 施工應(yīng)力變化較為復(fù)雜

鋼連廊在整體提升施工中，施工狀況與設(shè)計狀況有所不同。考慮鋼連廊各桿件在提升過程中以及提升系統(tǒng)卸載前后的受力及變形安全，應(yīng)按設(shè)計復(fù)核要求增設(shè)臨時加固桿件，并采取相應(yīng)的調(diào)整、控制措施。

2.4 防風(fēng)措施要到位

項目位于廈門島東端濱海區(qū)域，氣象條件較為復(fù)雜。同時，風(fēng)洞試驗結(jié)果表明，風(fēng)荷載最大負(fù)壓出現(xiàn)在門字形內(nèi)側(cè)墻面，將直接影響鋼連廊的提升施工。故，需充分考慮風(fēng)荷載影響，并采取有效的控制措施和應(yīng)急措施。

3 鋼連廊吊裝主要施工流程

在裙樓屋頂?shù)倪B廊投影位置設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)組裝平臺，采用650t履帶吊先將構(gòu)件吊上組裝平臺并拼裝成整體，再利用“液壓同步提升系統(tǒng)”將鋼連廊整體提升到設(shè)計標(biāo)高，然后與南北塔樓的牛腿進(jìn)行高空對接，完成連廊鋼結(jié)構(gòu)的安裝。

主要施工流程：①主桁架牛腿預(yù)埋，塔樓主體結(jié)構(gòu)封頂→②吊機場地加固、平整硬化→③650t履帶吊進(jìn)場、組裝→④裙樓屋面組裝平臺拼裝→⑤鋼連廊組裝、提升裝置安裝調(diào)試→⑥鋼連廊試提升→⑦鋼連廊整體提升、就位→⑧鋼連廊空中對接→⑨平臺拆除、吊機退場。

4 提升前施工組織

4.1 施工平面布置及吊機選型

根據(jù)項目結(jié)構(gòu)體型，結(jié)合地下室頂板承載能力、報告廳高度、吊裝距離及吊裝最大荷載等影響因素，主要在項目北側(cè)市政綠化帶內(nèi)布置一臺650t履帶吊負(fù)責(zé)組裝平臺及鋼連廊的吊裝。施工平面布置如圖4所示。

該工程吊機中心距裙樓邊柱軸線14.7m，最大吊裝作業(yè)半徑70m；鋼連廊最重構(gòu)件重量48.5t，最大吊裝荷載54.5t(單構(gòu)件重量48.5t+吊具重量6t=54.5t)。根據(jù)最大工作半徑和最大吊裝重量，吊機選用650t大型履帶吊(QUY650SHW超起工況)。根據(jù)該履帶吊起重表進(jìn)行核對，吊裝作業(yè)最大半徑70m的額定起重量為61t，滿足構(gòu)件吊裝要求。

4.2 組裝鋼平臺安裝

組裝鋼平臺設(shè)置于裙樓頂部鋼連廊投影位置處，平臺頂部標(biāo)高34.60m，利用裙樓結(jié)構(gòu)13根混凝土柱作為組裝平臺支撐點傳力構(gòu)件。由設(shè)計單位對原結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行復(fù)核。組裝平臺及鋼連廊現(xiàn)場組裝如圖5所示。

4.3 提升裝置

(1)提升裝置的布置

在南、北塔樓27F(結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高118.15m)的牛腿上分別設(shè)置4個上吊點，下吊點設(shè)置在對應(yīng)上吊點的連廊下弦桿型鋼端部。吊點提升裝置布置如圖6所示。

圖4 施工組織平面布置

圖5 組裝平臺及鋼連廊現(xiàn)場組裝

圖6 吊裝點布置

(2)提升裝置的節(jié)點做法

上吊點在兩座塔樓核心筒主桁架外伸牛腿上弦的上部安裝提升梁結(jié)構(gòu)，下吊點在主桁架結(jié)構(gòu)下弦的下部安裝提升下吊點托梁結(jié)構(gòu)。上、下吊點提升梁(托梁)的截面尺寸均為600mm×400mm×20mm×30mm，梁長1.5m，材料為Q345B。在提升吊點(即提升梁、托梁的懸臂端)兩側(cè)各加焊2塊加勁肋板(t=20mm)[2]。上吊點提升裝置節(jié)點如圖7～圖8所示。

圖7 上吊點提升裝置節(jié)點圖圖8 上吊點提升裝置剖面圖

(3)提升裝置的受力驗算

鋼連廊整體提升重量為1044t。根據(jù)專業(yè)單位提升設(shè)備的額定功率，以及油缸錨片與鋼絞線在低應(yīng)力下自鎖作用的工作情況，每個提升點布置2臺200t式液壓提升器，共計16臺200t液壓提升器進(jìn)行鋼連廊整體提升。

提升總重量F=16×200t=3200t≥G=1044t；

提升系統(tǒng)安全系數(shù)：n=F/G=3200t/1044t=3.0>1.25(規(guī)范要求安全系數(shù))。

根據(jù)鋼連廊自重、10級風(fēng)荷載(廈門十年一遇)作用下的最大提升荷載為1596KN?？紤]提升不同步20%荷載增量，綜合工況下每個吊點提升裝置最大提荷載2682kN<3920kN(每個提升點2臺千斤頂)。

根據(jù)提升裝置的幾何尺寸、截面尺寸，采用ANSYS軟件建立有限元模型。模型中板材材料為Q345，依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范表3.4.1-1及板厚，取強度設(shè)計值f=295MPa。

按照上述荷載及邊界條件對提升裝置進(jìn)行應(yīng)力、變形計算：

上吊點提升裝置的最大應(yīng)力為141MPa<295MPa，應(yīng)力最大位置為約束位置角點，整體應(yīng)力小于100MPa；最大變形為1.13mm。上吊點提升裝置應(yīng)力圖如圖9所示。

圖9 上吊點提升裝置應(yīng)力圖

下吊點提升裝置的最大應(yīng)力為224MPa<295Mpa，應(yīng)力最大位置為錨盤接觸面，整體應(yīng)力小于100MPa；最大變形為0.97mm。

上下吊點提升裝置結(jié)構(gòu)均滿足強度及變形要求[3]。

4.4 鋼連廊組裝

鋼連廊組裝前，利用測量儀器將鋼連廊的縱橫軸線等控制線在鋼平臺上布設(shè)準(zhǔn)確，做好標(biāo)識。用全站儀對南北塔樓所有已安裝牛腿的空間坐標(biāo)進(jìn)行測量，投影到鋼結(jié)構(gòu)組裝平臺上，與控制軸線進(jìn)行核對并調(diào)整鋼連廊控制軸線。鋼連廊按照調(diào)整后的控制線進(jìn)行組裝，確保鋼連廊提升到位后與塔樓結(jié)構(gòu)預(yù)埋牛腿精確對接。先安裝26F主、次桁架，再安裝上部樓層鋼結(jié)構(gòu)。主桁架梁、樓層鋼梁與牛腿的焊縫均錯縫設(shè)置[4]。

鋼連廊提升點的位置應(yīng)與提升點在同一鉛垂線上，水平偏差不應(yīng)大于提升高度的1/1000，且不應(yīng)大于50mm。該連廊的凈提升高度為ΔH= 114.10m～34.60m=79.50m，根據(jù)規(guī)范要求，水平偏差應(yīng)控制在50mm內(nèi)。

5 鋼連廊整體提升

5.1 提升準(zhǔn)備

(1)根據(jù)工程進(jìn)度、天氣條件及工地準(zhǔn)備情況確定提升日期。提升時的天氣要求：2d～3d內(nèi)不下雨，風(fēng)力不大于6級。

(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)或設(shè)備提升到位后的體系轉(zhuǎn)換和連接固定編制專項方案，對提升過程中可能遇到的異常氣象條件編制應(yīng)急預(yù)案。

(3)提升作業(yè)之前，再次對提升設(shè)備、支承結(jié)構(gòu)和鋼連廊結(jié)構(gòu)、應(yīng)急措施等進(jìn)行檢查。

(4)提升支承結(jié)構(gòu)之間設(shè)置過道和操作點，設(shè)置應(yīng)急停留和檢修的施工平臺。

(5)在裙樓屋面、17F避難層、塔樓屋面等3處空曠位置設(shè)置測風(fēng)儀器，實時監(jiān)測、反饋風(fēng)力情況。

5.2 整體試提升

(1)分級加載：提升系統(tǒng)調(diào)試完成后，液壓同步提升系統(tǒng)按20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的荷載比例逐級加載，加載過程中持續(xù)觀察結(jié)構(gòu)情況。每一級加載完畢，均應(yīng)對整體提升裝置和鋼連廊進(jìn)行檢查、檢測，如：上下吊點結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)等加載前后的變形情況，以及主樓結(jié)構(gòu)的沉降觀測、穩(wěn)定性等。檢查情況正常后繼續(xù)下一級加載。

(2)懸停觀察：分級加載至鋼連廊即將離開組裝平臺時，降低提升速度并仔細(xì)觀查各監(jiān)測點離地情況，確保鋼連廊平穩(wěn)脫離組裝平臺。若有個別點位不同步，暫停整體提升。對該點提升設(shè)備進(jìn)行調(diào)校并 “點動提升”調(diào)整至同一標(biāo)高后，再繼續(xù)提升。當(dāng)鋼連廊脫離組裝平臺約100mm時，停止提升，靜置約12h。

(3)系統(tǒng)檢查：連廊懸停靜置12h后，檢查各個提升點的臨時措施是否正常，測量各吊點標(biāo)高并計算出吊點間相對高差。通過液壓提升設(shè)備調(diào)整吊點高度，使連廊保持整體水平。以調(diào)整后的吊點高度為新的初始位置，復(fù)位位移傳感器。各項工作確認(rèn)無誤后進(jìn)行下一步整體提升[5]。

5.3 整體提升

(1)考慮影響提升速度的因素主要有液壓油管的長度及泵站的配置數(shù)量，按照設(shè)備配置情況，連廊整體實際提升速度約12m/h。

(2)鋼連廊提升至設(shè)計高度以下約200mm，調(diào)低提升系統(tǒng)液壓泵頻率，降低提升速度至2mm/s。至設(shè)計高度以下20mm時，降低提升速度至1mm/s，接近設(shè)計標(biāo)高時進(jìn)行微調(diào)，使鋼連廊精準(zhǔn)就位。

(3)鋼連廊結(jié)構(gòu)對接及就位。鋼連廊到達(dá)設(shè)計標(biāo)高后，對結(jié)構(gòu)的平面位置和標(biāo)高進(jìn)行核對、校正。先安裝連廊26F主桁架嵌補段，使鋼連廊與兩側(cè)牛腿結(jié)構(gòu)形成整體；然后焊接27～30F鋼結(jié)構(gòu)與外伸牛腿。

(4)提升支承結(jié)構(gòu)的卸載和拆除。鋼連廊與主體結(jié)構(gòu)經(jīng)檢測無異常后方可進(jìn)行提升系統(tǒng)卸載。完全卸載后，拆除提升設(shè)備及臨時結(jié)構(gòu)，提升施工結(jié)束，移交下一工序。6級及以上的大風(fēng)和雨雪天氣不進(jìn)行提升支承結(jié)構(gòu)的拆除工作。

6 提升同步控制措施

6.1 提升環(huán)境控制

提升過程中，對提升通道進(jìn)行檢查。當(dāng)提升通道出現(xiàn)障礙物時停止提升，采取措施清除障礙物后方可繼續(xù)提升。

6.2 提升同步控制措施

該工程液壓同步提升，采取“荷載+位移”的組合控制模式，液壓整體提升過程中，同時監(jiān)控各吊點荷載差異及位移差。

(1)荷載監(jiān)控措施

每個提升吊點均設(shè)置油壓傳感器，主控計算機通過現(xiàn)場實時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測每個提升吊點的荷載變化。荷載差異控制值為5%，如果提升吊點的荷載有異常的突變，則計算機會自動停機，并報警示意。

(2)位移監(jiān)控措施

在提升系統(tǒng)中，設(shè)定主令提升吊點，其它提升吊點(跟隨提升吊點)均以主令吊點的位置作為參考來進(jìn)行調(diào)節(jié)。鋼連廊整體提升前，在主、次桁架交匯處設(shè)置16個位移控制監(jiān)測點。鋼連廊每提升30m后暫停提升，用激光測距儀對提升點進(jìn)行標(biāo)高測量監(jiān)控，保證整體提升同步。位移差控制值為5mm，一旦發(fā)現(xiàn)存在異常情況，立即停止提升并啟動應(yīng)急預(yù)案。

6.3 水平位移控制措施

為了解決提升過程中鋼連廊的晃動(位移控制值≤±300mm)及風(fēng)荷載影響，采用“導(dǎo)向滑輪”對鋼連廊水平位移進(jìn)行限位，防止因晃動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力破壞。

具體做法是：以核心筒結(jié)構(gòu)外表面作為工作面，在26層桁架外側(cè)四角設(shè)置“滑輪+彈簧”組合結(jié)構(gòu)件，利用彈簧保證滑輪始終與核心筒表面保持接觸，并隨核心筒表面進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過“滑輪銷軸+彈簧+結(jié)構(gòu)件”承受水平風(fēng)荷載，控制結(jié)構(gòu)水平位移。由于鋼連廊縱向方向兩側(cè)為封閉核心筒，該方向的水平位移不予考慮。防風(fēng)措施如圖10所示。

圖10 防風(fēng)措施 布置及節(jié)點圖

6.4 垂直控制措施

為了調(diào)整鋼連廊在提升過程中的空間姿態(tài)，保證連廊桁架桿件精確對接等，需要對鋼連廊結(jié)構(gòu)的垂直度進(jìn)行微調(diào)。在微調(diào)開始前，將同步控制系統(tǒng)由自動模式切換成手動模式。根據(jù)需要，對整個液壓提升系統(tǒng)中各個吊點(或單點)的液壓提升器進(jìn)行微調(diào)(向上或向下)，使主桁架精確提升至設(shè)計位置。調(diào)整到位后，液壓提升系統(tǒng)設(shè)備暫停工作，各錨具均由液壓鎖緊狀態(tài)轉(zhuǎn)換為機械自鎖狀態(tài)，保持鋼連廊空間姿態(tài)，隨后進(jìn)行結(jié)構(gòu)對接就位。

6.5 卸載控制措施

由于鋼連廊與兩棟塔樓連接方式為固接，對接后形成剛度較大的超靜定體系，提升狀態(tài)與最終設(shè)計狀態(tài)(固接后)的結(jié)構(gòu)體系不同，需提前對結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換進(jìn)行設(shè)計分析。根據(jù)卸載不同步效應(yīng)的結(jié)構(gòu)驗算分析，確定合理的卸載順序。按計算的提升荷載為基準(zhǔn)，所有吊點分級卸載，每級卸載10%。

提升系統(tǒng)卸載過程中會出現(xiàn)荷載轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，即卸載速度較快的點將荷載轉(zhuǎn)移到卸載速度較慢的點上，導(dǎo)致個別吊點可能超載。通過密切監(jiān)控計算機控制系統(tǒng)中的壓力和位移值，若某些吊點的荷載超過卸載前荷載的10%，或者吊點位移不同步達(dá)到10mm，則立即停止其它點卸載，而單獨卸載異常點。

6.6 應(yīng)急加固措施

提升工程考慮3個風(fēng)荷載等級， 6級風(fēng)力以內(nèi)可以提升， 8級風(fēng)及以下不需要加固，若提升時突然遭遇10年一遇以上大風(fēng)，按照應(yīng)急預(yù)案在最短時間內(nèi)對鋼連廊及支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時加固。

6.7 主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測

由于鋼連廊就位后項目整體結(jié)構(gòu)體系和受力狀況發(fā)生較大變化，需對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察、檢測，尤其對塔樓核心筒周邊區(qū)域的墻體裂縫、沉降進(jìn)行全面、持續(xù)觀察。

7 結(jié)語

該鋼連廊整體提升施工前后歷時約26h。整個實施過程高空作業(yè)量較少，安裝工期大為縮短，施工經(jīng)濟性好。鋼連廊整體提升工程的順利實施，為國貿(mào)金融中心項目如期竣工交付奠定了堅實的基礎(chǔ)，同時榮獲2016年度上海市建設(shè)工程金屬結(jié)構(gòu)“金鋼獎”。