綠地中心·杭州之門鋼拱連橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

唐香君，易建文，陳 鵬，萬(wàn) 勇，周 睿，夏 杰

(杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司，浙江 杭州 310003)

1 工程概況

綠地中心·杭州之門位于浙江省杭州市蕭山區(qū)錢江世紀(jì)城奧體中心的核心位置，總占地面積約為77 572m2，總建筑面積約52.6萬(wàn)m2，為集商務(wù)辦公樓、五星級(jí)酒店及精品商業(yè)等功能于一體的大型超高層城市綜合體(見圖1)。

圖1 綠地中心·杭州之門項(xiàng)目效果

2 轉(zhuǎn)體技術(shù)應(yīng)用原因

2.1 鋼拱連橋鋼結(jié)構(gòu)概況

鋼拱連橋位于兩棟塔樓之間，在±0.000層以上通過(guò)伸縮縫與兩棟塔樓完全脫開，其最大跨度約60m、高約22m。

鋼拱連橋下弦桿截面主要為□900×800×50，□900×600×50，BH750×600×40×50，豎向腹桿截面主要為BH600×600×20×30，BH400×400×20×30，斜向腹桿截面主要為BH750×300×20×25，拱立柱主要截面為□600×600×30(見圖2)。

圖2 鋼拱連橋結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

2.2 施工方案

2.2.1現(xiàn)場(chǎng)施工條件分析

鋼拱連橋開始施工時(shí)，兩塔樓已施工至20層以上，鋼拱連橋下方的地下室已施工完成，地下室頂板上禁止大型起重機(jī)上頂板施工作業(yè)。同時(shí)，總承包單位出于施工成本考慮，現(xiàn)場(chǎng)配備的施工機(jī)械(塔式起重機(jī))起重能力相對(duì)較小，無(wú)法滿足鋼拱連橋拱下弦桿安裝，如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)施工條件

另外，鋼拱下弦箱體截面較大、質(zhì)量大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置的塔式起重機(jī)起重性能，鋼拱下弦箱體吊裝分段將劃分更多，必將導(dǎo)致輔助安裝的臨時(shí)支撐數(shù)量多、高度高，施工成本與安全措施大幅度增加。

2.2.2施工方案確定

針對(duì)鋼拱連橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境條件及配置起重機(jī)的起重能力，對(duì)鋼拱連橋的6榀鋼拱采用分段拼裝、轉(zhuǎn)體提升安裝的施工方案進(jìn)行施工，首先對(duì)6榀鋼拱進(jìn)行安裝，鋼拱桿件安裝完成后，再依次安裝鋼拱上部柱、梁等構(gòu)件。施工過(guò)程中采取相關(guān)安全防護(hù)措施，保證施工安全。

3 工程應(yīng)用

3.1 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

鋼拱連橋鋼拱桿件的施工采用轉(zhuǎn)體技術(shù)中的豎向轉(zhuǎn)體法。即轉(zhuǎn)體分段單元在結(jié)構(gòu)原位下方，近地拼裝成轉(zhuǎn)體分段單元后，通過(guò)提升鋼拱一端形成豎向轉(zhuǎn)體的方法將分段單元旋轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置。

轉(zhuǎn)體法優(yōu)勢(shì)為施工所需的機(jī)具設(shè)備少、工藝簡(jiǎn)單、操作安全、減少高空安裝焊接作業(yè)量。輔助安裝的臨時(shí)支撐數(shù)量與操作平臺(tái)用量減少、支撐高度降低，施工成本大幅度降低。

轉(zhuǎn)體法適用條件為：結(jié)構(gòu)為拱形，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制結(jié)構(gòu)常規(guī)吊裝施工。

轉(zhuǎn)體法技術(shù)要點(diǎn)為：① 轉(zhuǎn)體單元為幾何不變體系，豎向轉(zhuǎn)體過(guò)程有足夠的剛度和穩(wěn)定性；②轉(zhuǎn)體單元在結(jié)構(gòu)原位下方有拼裝場(chǎng)地；③作為鋼拱轉(zhuǎn)體施工的旋轉(zhuǎn)基點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)，預(yù)先需仿真模擬計(jì)算后確定其規(guī)格，轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)在組裝過(guò)程中控制共同軸度，避免結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)體過(guò)程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)；④因施工過(guò)程與設(shè)計(jì)支撐條件不同，應(yīng)采取防止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體到位后下落的對(duì)策。

3.2 轉(zhuǎn)體單元?jiǎng)澐?/h3>

鋼拱主要?jiǎng)澐譃?個(gè)轉(zhuǎn)體單元、1個(gè)分段。每個(gè)轉(zhuǎn)體單元又劃分為若干拼裝分段，如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)體單元?jiǎng)澐质疽?/p>

3.3 轉(zhuǎn)體工裝設(shè)計(jì)

3.3.1轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在轉(zhuǎn)體施工前，經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，在鋼拱拱腳部位設(shè)置提升轉(zhuǎn)軸，以作為轉(zhuǎn)體施工的旋轉(zhuǎn)基點(diǎn)。每榀鋼拱兩端下端與牛腿連接位置均設(shè)有轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)均包括2組轉(zhuǎn)軸，每組轉(zhuǎn)軸均由轉(zhuǎn)軸耳板、銷軸及加勁板組成，轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)設(shè)置在鋼拱桿件與鋼牛腿對(duì)接部位的下方，如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)布置示意

3.3.2門架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

門架主要為鋼拱轉(zhuǎn)體過(guò)程中提供向上提升力的基礎(chǔ)設(shè)施。門架主要由架體、下基礎(chǔ)平臺(tái)、上部提升平臺(tái)等構(gòu)成。

架體由2榀格構(gòu)式支撐構(gòu)成，支撐中心距為1.6m×1.6m×2.80m，2榀格構(gòu)式支撐中心距為2.5m，門架高22.4m。格構(gòu)式支撐立桿截面為□135×135×10，如圖6所示。

圖6 門架結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

預(yù)埋件、轉(zhuǎn)換梁等組成下基礎(chǔ)平臺(tái)。為了避免門架直接落放在地下室頂板板面上，在相應(yīng)的混凝土梁上預(yù)設(shè)埋件，埋件上設(shè)置轉(zhuǎn)換梁，主要是為了將門架及其上端的荷載傳遞到混凝土梁，避免損傷地下室頂板。門架底部直接與轉(zhuǎn)換梁連接。

上部提升平臺(tái)由支撐平臺(tái)、提升梁等組成。提升梁下方設(shè)置提升千斤頂裝置，如圖7所示。

圖7 上部提升平臺(tái)軸測(cè)圖

3.3.3提升門架布設(shè)

每榀鋼拱下弦分為2個(gè)轉(zhuǎn)體單元，需在鋼拱兩側(cè)各設(shè)置1副提升門架，在門架頂部設(shè)置提升梁及掛設(shè)提升設(shè)備。每榀鋼拱需設(shè)2副門架，6榀鋼拱共需設(shè)置12副門架。根據(jù)施工方案，門架可重復(fù)使用，則配備6副門架。門架布設(shè)如圖8所示。

圖8 門架平面布置

3.3.4鋼拱轉(zhuǎn)體提升吊點(diǎn)布置

根據(jù)提升支撐架的布設(shè)位置，在鋼拱桿件上設(shè)置相對(duì)應(yīng)的提升吊點(diǎn)，6榀鋼拱共設(shè)12個(gè)轉(zhuǎn)體提升吊點(diǎn)，如圖9所示。

圖9 轉(zhuǎn)體提升吊點(diǎn)平面布置

3.3.5鋼拱轉(zhuǎn)體單元拼裝

鋼拱下弦桿呈上拱圓弧狀，最大矢高達(dá)20余m。在拼裝過(guò)程中，盡量放低拼裝位置，既減少拼裝工裝措施，又降低作業(yè)高度，如圖10所示。

圖10 鋼拱轉(zhuǎn)體單元拼裝示意

單元拼裝采用格構(gòu)式臨時(shí)支撐作為拼裝支撐，支撐下部設(shè)置轉(zhuǎn)換梁，不使荷載直接作用在地下室樓板上(原理與門架設(shè)置相同)。

3.3.6鋼拱轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)

3.3.6.1轉(zhuǎn)體施工過(guò)程

鋼拱下弦桿的轉(zhuǎn)體施工是施工中最難控制的一個(gè)環(huán)節(jié)，必須保證弦桿安全穩(wěn)定地豎向轉(zhuǎn)體。所有準(zhǔn)備工作完成后，開始進(jìn)行弦桿轉(zhuǎn)體單元的豎向提升。

按設(shè)計(jì)荷載的20%，40%，60%，70%，80%，90%，95%，100%的順序逐級(jí)加載，直至弦桿轉(zhuǎn)體單元脫離拼裝平臺(tái)；在分級(jí)加載過(guò)程中，每一步分級(jí)加載完畢，均應(yīng)暫停并檢查：上下吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)、提升單元等加載前后的變化，以及主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等情況。一切正常情況下，繼續(xù)下一步分級(jí)加載。

用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)各吊點(diǎn)的離地高度，計(jì)算出各吊點(diǎn)的相對(duì)高差；通過(guò)液壓提升系統(tǒng)調(diào)整各吊點(diǎn)高度，使提升單元達(dá)到設(shè)計(jì)姿態(tài)；以調(diào)整后的各吊點(diǎn)高度為新的起始位置，復(fù)位位移傳感器，保持該姿態(tài)繼續(xù)提升。

提升至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高約200mm時(shí)，暫停提升。測(cè)量提升單元各點(diǎn)實(shí)際尺寸，與設(shè)計(jì)值核對(duì)并處理后，降低提升速度，繼續(xù)提升鋼結(jié)構(gòu)接近設(shè)計(jì)位置，各提升吊點(diǎn)通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“微調(diào)、點(diǎn)動(dòng)”功能，輔以預(yù)設(shè)在桿件兩側(cè)的纜風(fēng)繩進(jìn)行調(diào)整，使各提升桿件端口均達(dá)到設(shè)計(jì)位置，滿足對(duì)接要求；在微調(diào)時(shí)將計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)由自動(dòng)模式切換成手動(dòng)模式，根據(jù)需要對(duì)整個(gè)液壓提升系統(tǒng)中各吊點(diǎn)的液壓提升器進(jìn)行同步微動(dòng)(上升或下降)，或者對(duì)單臺(tái)液壓提升器進(jìn)行微動(dòng)即點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，調(diào)整精度可以達(dá)到毫米級(jí)，能滿足結(jié)構(gòu)安裝精度要求。

3.3.6.2鋼拱就位調(diào)整

提升到位后對(duì)鋼拱拱腳與牛腿的對(duì)口部位采用千斤頂?shù)仍O(shè)備進(jìn)行調(diào)整校正，校正完成后采用定位馬板將拱腳與牛腿進(jìn)行定位焊接；然后按前述步驟繼續(xù)提升另一側(cè)的鋼拱單元，2個(gè)單元都提升到位后，臨時(shí)固定，安裝焊接跨中的嵌補(bǔ)段，并焊接兩端拱腳，使鋼拱成為整體。

3.3.6.3提升監(jiān)控

轉(zhuǎn)體提升前，在鋼拱弦桿單元的撓度、高程、位移監(jiān)控點(diǎn)處貼反射貼片，在結(jié)構(gòu)下方設(shè)置臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)，架設(shè)全站儀，觀測(cè)反射貼片。在鋼拱弦桿單元提升過(guò)程中，為了后期在施工過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，前期在鋼拱的位移監(jiān)控點(diǎn)上預(yù)先貼好反射貼片，在提升過(guò)程中每隔固定時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出鋼拱弦桿單元的提升行程、偏位、撓度情況，記錄每次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并及時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)給技術(shù)人員。如發(fā)現(xiàn)偏位，應(yīng)停止提升并及時(shí)做出調(diào)整。

3.3.7轉(zhuǎn)體法施工技術(shù)應(yīng)用實(shí)景

鋼拱連橋西塔樓側(cè)第1組鋼拱轉(zhuǎn)體單元轉(zhuǎn)體施工，經(jīng)過(guò)一個(gè)多小時(shí)的施工，鋼拱轉(zhuǎn)體提升至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)高+30mm(約22.000m)，如圖11所示。

圖11 鋼拱轉(zhuǎn)體單元施工實(shí)景

鋼拱連橋東塔樓側(cè)第2組鋼拱轉(zhuǎn)體施工，與西塔樓側(cè)第1組鋼拱轉(zhuǎn)體單元進(jìn)行合龍，鋼拱連橋下弦形成整體，如圖12所示。

圖12 鋼拱轉(zhuǎn)體單元空中合龍實(shí)景

鋼拱連橋下弦施工完成后，按方案依次安裝相應(yīng)的鋼柱、鋼梁，直至鋼拱連橋安裝完成，如圖13所示。

圖13 鋼拱連橋施工完成實(shí)景

4 結(jié)語(yǔ)

綠地中心·杭州之門鋼拱連橋因現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件限制，地下室頂板上禁止大型起重機(jī)上頂板施工作業(yè)，因此無(wú)法采用常規(guī)的吊裝方法。轉(zhuǎn)體施工技術(shù)解決了施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用地問題，避免了大型機(jī)械設(shè)備在地下室頂板上施工作業(yè)。通過(guò)對(duì)鋼拱連橋構(gòu)件合理劃分、轉(zhuǎn)體工裝設(shè)計(jì)與驗(yàn)證計(jì)算，為轉(zhuǎn)體施工過(guò)程的可靠性、穩(wěn)定性提供了保障，圓滿完成了鋼結(jié)構(gòu)安裝。

轉(zhuǎn)體施工常應(yīng)用于橋梁鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)于類似拱形的建筑鋼結(jié)構(gòu)，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制結(jié)構(gòu)常規(guī)吊裝施工時(shí)，同樣是一種不錯(cuò)的選擇，既可滿足設(shè)計(jì)、安全需要，又可降低成本、縮短工期，同時(shí)還可不影響業(yè)主的正常生產(chǎn)需求，為類似結(jié)構(gòu)的安裝積累了經(jīng)驗(yàn)。