在既有建筑群中安装大跨度网架结构雨篷的工艺研究

李冀清

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

上海市斜土路街道107街坊商办楼为大型城市综合体项目，为更好地利用空间，工程设计欲在几栋建筑楼之间及屋顶平台上分别搭建2个钢结构雨篷，以将现有的空地开发生成商业用地。钢结构雨篷项目有2个单体，即中心雨篷和婚礼雨篷。雨篷结构形式为网架结构，网壳杆件为焊接矩形管，材质为Q345B。

1.1 中心雨篷

中心雨篷位于项目1#、2#、5#商业楼和西塔楼之间，施工作业场地狭窄，周边塔吊已经拆除，现场情况比较复杂，给本工程的结构安装带来很大困难。网壳单元为菱形，檐高24 m，平面尺寸约46 m×53 m，总用钢量约500 t。支承网架结构雨篷的为树枝造型的钢柱子，钢柱子分为一级柱、二级柱和三级柱，柱子采用截面尺寸分别为φ1 117 mm×40 mm、φ610 mm×35 mm和φ406 mm×22 mm的钢管柱，分叉节点为铸钢件，三级柱网壳是铰接节点。柱子节点和整个结构模型见图1、图2。

1.2 婚礼雨篷

图1 柱分支点示意

图2 中心雨篷模型

婚礼雨篷位于5#商业楼楼顶，楼顶标高15.50 m，周边塔吊已拆除，雨篷投影下方有电梯机房等错层结构。雨篷网壳为正六边形单元，檐高约为13 m（相对于楼顶），平面尺寸为15 m×28 m，总用钢量约75 t。柱子为φ550 mm×14 mm（内灌C30混凝土）的钢管混凝土柱，网壳边梁截面为□350 mm×150 mm×12 mm×16 mm，网壳单元截面为□350 mm×150 mm×6 mm×12 mm，屋顶网壳通过盆式橡胶支座与柱子相连。婚礼雨篷的网壳模型如图3所示。

图3 婚礼雨篷三维模型

2 工程特点与难点分析

1）网壳为焊接箱型截面，交叉节点为焊接节点，现场焊接量较大，对焊接质量控制要求较高；

2）现场施工场地狭窄，塔吊已经拆除，不能设置大型吊车，需考虑地面拼装、液压整体提升的方法；

3）树状分叉柱空间定位难，需较高的测量精度；

4）网壳呈平面状，但立面有直线坡度和曲线坡度，现场拼接难度较大；

5）中心雨篷有铸钢节点，铸钢构件对制作工艺和安装精度要求较高；

6）婚礼雨篷有盆式橡胶支座，安装工艺要求较高[1]。

3 施工技术路线

1）根据中心雨篷结构特点及现场施工条件，综合考虑工期、成本等技术经济因素，对雨篷的安装实行地面拼装、液压整体提升的施工技术路线。具体为在中心雨篷4个角区域架设8个提升点，每个提升点处立2根格构柱，上面搭设提升梁，采用液压千斤顶进行整体提升。

2）根据婚礼雨篷结构特点及现场施工条件，采取地面拼装，用500 kN的汽车吊吊至楼面，再用独角桅杆分块吊装的技术路线。

3）施工现场平面布置。构件运输从1#门或6#门进场，沿施工道路运输至施工区域，由于场地狭窄，为避免二次倒运，构件进场顺序和数量能满足现场施工速度即可，少量构件在施工区域靠边放置，不再设大的临时构件堆场，卸车用250 kN汽车吊，中心雨篷拼装用250 kN汽车吊，婚礼雨篷用500 kN汽车吊把构件倒运到5#商业楼楼顶，再用独角桅杆分块吊装（图4）。

4）中心雨篷分段。根据本工程钢结构特点和设计要求，考虑现场施工条件，单根构件长度不能超过8 m，否则将导致运输困难。一级钢柱分为2段，网壳按照设计要求的网壳单元经工厂加工后进行现场拼装。中心雨篷网壳结构布置见图5。

5）婚礼雨篷分段。婚礼雨篷位于5#商业楼楼顶，部分钢柱分为2段加工并运输至现场，拼装成整体后吊装；纵向边梁分为4段加工，运输至现场拼装成2段吊装；网壳沿纵向分成10条，每条长约14.50 m，宽约2.80 m，分成2段加工并运输至现场，拼接成条后吊装。婚礼雨篷网壳结构布置和分段位置如图6所示。

图4 施工现场平面布置示意

图5 中心雨篷网壳结构布置示意

图6 婚礼雨篷网壳结构布置示意

6）钢结构施工流程：

（1）中心雨篷构件进场顺序按照雨篷拼装顺序，总的施工流程为：安装4根钢柱SZ-1→布置胎架对中心雨篷进行拼装，同时搭设提升架→进行液压提升→散装钢柱SZ-2、SZ-3→拆除提升架。

（2）婚礼雨篷沿纵向分为10条，每条质量约5 t，用500 kN汽车吊把构件倒运到5#商业楼楼顶后，用独角桅杆吊装，先吊装柱子和边梁，然后沿纵向进行安装，总的施工流程为：用汽车吊吊装钢柱→汽车吊把构件倒运到楼上，用桅杆吊装其他柱子和临时支撑→安装盆式橡胶支座，吊装钢边梁BL-1-1和BL-2-1→吊装钢边梁BL-1-2和BL-2-2→用桅杆吊装网壳单元HL-1→按照顺序逐条安装HL-2至HL-10，完成整个结构安装[2]。

4 雨篷的拼装

由于5#和10#轴线上的钢柱1和雨篷上的钢梁在整体提升时有冲突，故拼装时省去该钢梁，并在该钢梁附近用型钢加固，整体提升到位后再补缺。雨篷的拼装方向见图5。

4.1 拼装胎架的制作及布置

拼装胎架选用常用高频的型钢，调节块用厚20 mm的钢板，拟定起始拼装时，主梁底部标高为0.80 m，满足仰焊的要求。拼装时采取主梁分段，两端架设胎架完成对接拼装，次梁上缘焊接码板，便于主次梁焊接的拼装方法。主梁分段及胎架布置为：主梁按每8 m分成1段，距主梁两端约1 m处布置胎架（图7）。根据设计要求，图8所示的中心圆点处需设置预拱度为120 mm，且在半径为14.30 m内的预拱度成渐变关系，在半径14.30 m处的预拱度为0 mm。

图7 拼装胎架示意

图8 预拱度设置

4.2 提升架的设计

雨篷的总质量约为500 t，设置8个提升点，选用8台1 000 kN的液压提升千斤顶，每个提升点处搭设2个格构式提升架，考虑到提升时的整体稳定性及提升架搭设对三级柱安装的影响，故提升架布置如图9所示。

8个提升点对应8只吊耳，吊耳与主箱型梁上翼缘焊接，吊耳材质为Q345B，提升液压系统安装完毕后，竖直投影至桁架上弦的地方即为吊耳位置。以此保证提升过程中提升油缸不产生偏心力（图10）。

5 钢柱吊装

本工程钢柱最长10 m，分为2段加工，运输至现场拼接后吊装。钢柱质量约2 t，用吊车吊到楼顶后用独角桅杆吊装。独角桅杆长15 m，设计起重量6 t，用φ609 mm×12 mm的钢管制作，材质为Q235。

图9 提升架布置

图10 拼装好雨篷后开始整体提升

二级、三级钢柱为树枝状，可在雨篷提升到位后，在雨篷钢梁上布置锚点，用手拉葫芦或卷扬机吊装。待二级、三级钢柱安装好之后，对雨篷上缺少的杆件进行补缺，割除加固杆件，所有焊接工作完成后，进行超声波无损探伤，焊缝合格后进行卸载，卸载过程中对雨篷变形进行过程监测。

本工程钢柱长度虽然较小，但是柱子为钢管混凝土柱，钢柱安装后柱芯要浇筑混凝土，钢柱为悬臂状态，没有与钢梁连接形成稳定的框架，安装时必须考虑混凝土振捣对钢柱产生的水平位移，所以安装时在柱顶拉缆风绳将钢柱顶端固定，以减小变形、增加稳定[3]。

6 结语

根据本工程结构特点，决定对网架采用拼装提升的施工技术，制订了跨内拼装、同步整体提升的施工工艺，解决了施工周边环境复杂等问题，同时也解决了空间钢网架结构的安装难题，使整个施工过程顺利完成，不仅节约了大量的措施费用，而且取得了良好的社会和经济效益，为类似工程提供了借鉴。