超高层建筑中的复杂塔冠结构施工技术

2020-08-07周翔

建筑施工 2020年4期

周翔

上海陆家嘴金融贸易区开发股份有限公司上海 200126

1 工程概况

前滩中心为前滩地区的标志性建筑，位于上海浦东新区三林镇107街坊1/26丘，东邻东育路、南至海阳西路，占地面积10 216.8 m2。项目由1栋280 m的56层超高层主楼和5层裙房组成，地下室整体地下3层，总建筑面积为195 373 m2。项目塔冠结构由核心筒中部支撑框架部分及外围28 m挑空大空间部分组成（图1）。

图1 前滩中心塔楼结构示意

核心筒中部支撑框架部分RF1～RF3层为混凝土结构，为今后的设备机房等功能性房间；RF4层为电梯机房层并用以支撑钢结构框架，最顶层（RF5层）为擦窗机平台。外围28 m挑空大空间部分的主结构由28 m高鱼腹式圆钢管钢结构桁架组成，与核心筒通过箱形钢梁焊接连接。塔冠采用横明竖隐单元式玻璃幕墙，外挑竖向遮阳装饰线条。装饰线条挑出玻璃完成面1 000 mm，宽度为750 mm，表面为厚4 mm的氟碳喷涂铝板；单元板尺寸为1 500 mm（宽） 4 200 mm（高）、1 500 mm（宽）×2 960 mm（高）。

2 重、难点分析

2.1 钢结构独立悬臂高度高、精度要求严

塔冠钢结构竖向鱼腹式桁架共有22榀，独立安装高度近27 m。由于安装高度超高，故对钢结构吊装、焊接施工等都提出了很高的要求，且后期不规则分布幕墙也要依附固定在钢结构上，对钢结构安装精度提出了更高要求。

2.2 工序搭接复杂，施工组织难度大

塔冠结构整体造型复杂，在相对较紧的工期条件下，多专业交叉施工，需要采取高效的措施方案有序搭接，推进各工作，才能很好地完成目标节点[1-3]。同时，由于施工作业均处于250 m以上的高空，受风压、低温等极端因素影响较多，极大地增加了施工组织的难度。

2.3 多专业交叉作业，安全管控要求高

塔冠建筑造型复杂、多变，不仅牵涉到结构、钢结构、幕墙、安装、电梯、防水、泛光照明等专业，也牵涉到大型塔吊、施工电梯、幕墙单臂吊等大型设备的高空安装、转换及拆除，在场地部署、人员管控、机械安拆管理上难度较大。同时，为满足施工操作要求，需要在屋面上大量搭设操作脚手架，管控风险也较高。

3 塔冠施工关键部署

3.1 阶段1

阶段部署理由：塔冠结构整体主要以核心筒中部框架体系为支撑系统，故需考虑核心筒先行。为便于内部结构施工和钢构件焊接，需要搭设临时脚手架。脚手架区域需满足屋面设计荷载要求。因此，在塔楼外围钢结构RF1层结构完成并养护至满足要求之后，在外围屋面上核心筒四边搭设落地脚手架。搭设完成后，再进行核心筒RF4层（＋271.85 m）以上塔冠钢结构及中部支撑框架的吊装施工（图2）。

3.2 阶段2

阶段部署理由：塔冠部分幕墙为窗单元施工体系，以钢结构鱼腹式桁架为幕墙横梁受力点，因此在钢结构施工时搭设的脚手架必须兼顾考虑后期幕墙转换梁及装饰线条的操作，可确保“一架多用”，从而在减少措施费投入的同时，缩短重复搭设脚手架的工期并降低安全隐患。在核心筒RF4层（＋271.85 m）以上塔冠钢结构及中部支撑框架吊装完成并进行焊接的同时，应进行塔楼屋面外围落地脚手架的搭设，继而进行外围鱼腹式桁架的下段吊装。为保证吊装完成的桁架下段保持稳定，将桁架与RF1层钢结构临时埋件通过φ609 mm钢管焊接连接（图3）。

图2 中部钢框架吊装示意

图3 下段鱼腹式桁架吊装

3.3 阶段3

阶段部署理由：鱼腹式桁架下段吊装完成后，需尽快将上段吊装完成，使鱼腹式桁架形成整体，以构成完整的受力体系。同时，为保证临时施工外电梯尽快拆除，需将永久室内消防电梯尽早施工完成，以保证原临时施工外电梯处幕墙尽早补缺完成，既可提升外观形象进度，也有利于室内装饰施工。在外围鱼腹式桁架下段吊装并固定后，再吊装鱼腹式桁架上段结构，同时完成核心筒中部框架的焊接工作，为后续消防电梯机房施工提供作业面（图4）。

3.4 阶段4

阶段部署理由：塔冠幕墙属于窗单元体系，需将外侧的线条与玻璃单元分开安装施工，同时为减小原有塔吊的运输压力，在塔冠桁架顶部增设幕墙一体机，用以专门施工幕墙线条及玻璃单元。由于塔冠屋面设备必须依靠原有动臂塔吊进行垂直运输及安装，因此在塔吊拆除前，必须将屋面设备全部吊装就位完成，即在此施工阶段需将擦窗机平台层混凝土施工完成。在外围鱼腹式桁架上段结构吊装并焊接完成后，安装幕墙塔冠一体化机械轨道及设备安装，同时将擦窗机平台层混凝土浇筑完成（图5）。

图4 上段鱼腹式桁架吊装

图5 幕墙一体机安装测试

3.5 阶段5

阶段部署理由：塔冠结构施工完成后，STL420动臂塔吊利用率将大大降低，且其租赁费较高，对项目整体经济性不利。同时，塔吊洞口长时间不封闭，已对后期后续施工工序造成影响。因此，在此阶段先拆除1台塔吊，留设1台用以吊装其余零星设备及材料。此阶段拆除第1阶段落地脚手架，主要出于对大屋面防水保温的考虑。一般屋面层的绝对施工工期在2个月左右，若不在结构施工完成后立即进行施工，将无法保证在冬季低温天气来临前完成施工。若在冬季施工屋面，将对整体防水的施工质量极为不利。出于质量控制考虑，此阶段拆除落地脚手架，先施工大屋面防水保温层。

同时，为保证在大屋面防水保温层施工的2个月时间内，将对塔冠幕墙施工的影响降至最低，在鱼腹式桁架间搭设临时操作脚手架，以保证幕墙可以在此期间正常施工外部线条体系（图6）。

3.6 阶段6

阶段部署理由：为给室内装饰施工提供条件，需尽早封闭屋面结构，减少屋面漏水、渗水等情况。在塔冠设备吊装完成后，尽快安排拆除屋面相关起重设备结构，尤其在超高层工程中，大部分工程采用内爬提升体系的起重设备，且会贯通几个楼层，若不尽早将上方楼层结构封闭，将直接影响此房间内部的装饰作业，对整体项目后期进度控制产生不利影响。在塔冠屋面防水保温层施工完成并养护至达到强度要求后，恢复外围落地脚手架，通过利用一体机施工幕墙塔冠窗玻璃单元。在屋面安装设备，开始进行屋面塔吊拆除置换工作。依照“中拆大，小拆中”的拆除方式，在擦窗机平台层安装1台ZSL270塔吊，用以拆除剩余的1#STL420塔吊，并补缺塔身区域结构；补缺完成后在大屋面安装1台QTD50，用以拆除ZSL270塔吊（图7）。

图6 大屋面防水施工

图7 ZSL270塔吊安装

3.7 阶段7

阶段部署理由：外围施工升降机拆除的时间对于工程室内装饰施工的完工时间至关重要，是工程施工中的关键线路。因此，在室内消防电梯安装验收完成并满足施工垂直运输能力后，拆除外围施工升降机，及时补缺该区域幕墙板块，以便后续装饰工作跟进。在室内永久消防电梯安装验收完成后，可进行室外施工升降机拆除工作，完成塔冠工程整体造型及塔楼外围幕墙整体造型。

4 关键技术方案介绍

4.1 钢结构施工技术路线

4.1.1 总体技术路线

1）安装中部支撑框架。包括劲性钢柱共计22根，材质均为Q345GJC，存在变截面时，钢柱分为2段进行吊装。中部支撑框架钢梁及斜撑均不分段。

2）在中部支撑框架安装完成后，进行外侧幕墙支架及屋面梁安装。外侧幕墙支架总高度为25.25 m，分为2段进行安装。第1段（标高为＋253.75～＋267.48 m）采用临时硬支撑确保其稳定性；在第1段形成整体体系之后，利用核心筒内2部塔吊配合安装上部第2段（标高为＋267.48～＋279.00 m）。在幕墙支架形成环形体系后，进行顶部屋面梁吊装。

4.1.2 鱼腹式桁架吊装技术路线

1）第1段幕墙支架就位后，在塔吊不松钩的情况下安装斜向圆管硬支撑。

2）支撑与RF1层通过埋件连接，支撑与幕墙支架的连接方式为现场根据实际尺寸进行相关焊接。

3）相邻一段幕墙支架安装完成后，安装两榀支架间的连梁。第1段幕墙支架与第2段幕墙支架通过临时连接板进行连接。

4）下端幕墙支架吊装安装交圈后，再进行上段幕墙支架安装。幕墙竖向支撑和屋面梁配套安装完成后，即吊装支撑间钢梁。

5）幕墙支撑及钢梁采用搁置板和临时连接板，校正完成后采用高强螺栓或电焊永久固定。

4.2 幕墙安装技术路线

1）在高度279.70 m处圈梁上设置轨道，使用2台台车轨道式一体机，1台载人，1台吊物。

2）一体机沿着轨道可以运行1圈，从而可以覆盖所有施工立面。通过吊臂的旋转把吊篮平台及其工作吊具旋进、旋出外墙面并保持平台与需完成面的间距，通过臂头旋转来实现平台与需完成面的平行。载人起升采用提升机，吊物起升采用卷扬机。幕墙分为装饰条及其玻璃板块，装饰条凸出幕墙800 mm左右，为实现作业功能，需要采用非标吊篮。