超高层钢结构连廊整体提升施工技术

2021-08-10谢贻军童林浪黄立夏长江精工钢结构集团股份有限公司安徽六安237161

安徽建筑 2021年7期

谢贻军，童林浪，黄立夏（长江精工钢结构（集团）股份有限公司，安徽六安 237161）

1 项目背景

某超高层建筑主要由地下室、A座塔楼和B座塔楼以及位于高100m的空中连廊组成；A座写字楼塔楼建筑地下三层，地上33层，总高度为141.56m，结构体系为现浇钢筋混凝土框架核心筒结构。B座塔楼为公寓，建筑地下四层，地上22层，总高度为99.48m,结构体系为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙；连廊结构位于A、B座中间，连廊两侧由两榀主桁架支撑到标高97.650m四根钢牛腿上，桁架上、下弦连接5道横梁及水平支撑，组成一个空间巨型桁架结构体系。钢连廊桁架跨距32.2m，柱距18m，高度12.6m；桁架上、下弦杆截面：800×800×35×35，直腹杆□800×800×35×35，斜腹杆截面为□400×400×16×16；上下弦横向水平连梁截面为□800×800×35×35，水平支撑为□400×400×16×16；连廊横向连梁端部悬挑1.75m和2.25m，并设置□500×500×20×20纵向连梁。

2 施工重难点分析

连廊为三层钢结构，由两榀主桁架和上、下弦楼层梁组合而成，宽度约21.8m，总高度达13.45m,桁架主跨约为32.2m。连廊结构的最大安装标高为+111.435m，总重量约591.63t；钢连廊（平面位置8～12轴/D～K轴）下部地下室三层，对应底板标高为-16.18m，-11.38m，-6.58m；地下室顶板标高-1.30m；其中9～11/D～K轴区域存在下沉广场，楼面板标高为-6.58m。

图1 连廊位置

图2 下沉广场现场照片

考虑连廊重，跨度大，就位高，若采用散件在100m的高空安装，高空焊接质量难以保证，安全性存在巨大风险，且安装起吊设备的成本较高，因此本项目将连廊结构在地下室板顶拼装，再整体提升就位的安装方案。此方案拼装难度较小，施工质量、安全、成本均能有效控制。另外由于连廊投影在地面为部分下沉式广场，需要设置足够的支撑架支撑整个连廊桁架，并复核下部负一层底板承载力。这部分主要由原设计单位复核，后续也不再赘述。

3 施工方法

3.1 施工思路

连廊主要采用“地面原位拼装、整体液压提升、高空补杆”的施工方案进行施工。连廊桁架在其投影面正下方的地面上拼装为整体，同时在塔楼A、B的牛腿处，利用连廊结构预装的上弦杆、立柱等结构设置提上提升点，在连廊结构的下弦杆端部设置下提升点，上、下提升点由专用底锚及钢绞线相互来连接。利用设置于A、B侧塔楼的4套液压提升设备将钢结构连廊整体提升至设计位置，并与支座牛腿对接安装，最后拆除液压提升设备，完成整个提升工作。

3.2 钢连廊提升准备

3.2.1 连廊划分思路

本次钢结构提升范围为A-10～B-1轴交A-A～A-D轴。由于结构布置及提升工艺的要求，所有安装支座的连接牛腿需要待连廊提升单元到位后方可安装。本次提升施工范围见图3、图4所示。

图3 连廊提升单元划分及提升点布置

图4 A、B塔楼钢牛腿划分

3.2.2 整体提升施工仿真模拟分析

由于连廊桁架在施工状态与原设计一次性安装存在差异，因此需要考虑施工状态的结构安全性。整体提升施工由力控制和位移控制两种标准。力控制在提升过程中监测压力传感器值是否符合预期的设定值。此设定值一般控制不超过同步提升时提升点反力值的20%。位移控制在提升过程中通过位移传感器数据与实际测量数据进行比较，并控制各提升点间位移差，保证提升点速度的均匀性。实际提升过程中，应按照不超过1.2倍同步提升反力值和不同步提升点高差最大值不超过50mm双控制标准（当采用穿心式液压千斤顶时，应为相邻点距离的1／250，且不应大于25mm。最高点与最低点允许高差值为50mm）。

图5 连廊提升时竖向挠度云图

图6 连廊提升时应力比云图

图7 提升点反力

图8 提升平台1

图9 提升平台2

图10 提升平台应力比云图

图11 提升平台变形云图

连廊桁架整体提升过程及支撑结构通过Midas gen进行仿真分析与设计。根据连廊的整体提升方案，主要的分析结果如下：

基本荷载组合：1.2D×1.1；标准组合：1.0D×1.1（1.1为提升动力系数）

连廊在提升施工过程中，最大应力比为0.25，符合规范要求。结构最大变形为7mm，其提升点间距约为33100mm，变形为跨度的1/4729，满足规范1/400的要求。由于篇幅所限，不同步提升不再叙述。提取最大反力为1521kN，作为下步提升架和主体设计和复核的依据。

3.2.3 提升支架及提升点设计

提升架的设计需要满足以下原则：①具有较大的承载力，可以将提升区钢结构荷载有效地传递给下部土建结构；②具有一定的抵抗侧向荷载的能力；③具有一定的稳定性。根据以上要求及提升点所在位置，本工程设置了2种提升架类型：①设置在外排柱顶的支撑架；②设置在主结构上的外部提升架。

提升平台由提升梁、斜撑和斜拉支撑构成，各杆件和加劲板之间均采用全熔透的二级焊缝。提升平台1适用于吊点D01、D04，提升平台2括号外标注适用于吊点D02、括号内标注适用于吊点D03。

提升平台结构最大应力比为0.65＜1.0，最大抗剪比为0.83＜1.0；最大竖向变形为3mm，满足规范要求。

提升上吊点通过专用吊具与主桁架直腹杆上弦焊接，在直腹杆上弦处设置加劲板。提升下吊点通过临时牛腿与主桁架直腹杆下弦焊接，在直腹杆下弦处设置加劲板，以满足提升要求。下吊点二适用于吊点 D02、D03，示意图见图12、图13、图14所示。

图12 下吊点1

图12 下吊点2

图13 吊点应力比云图

图14 吊点变形云图

根据上述计算可知，提升时牛腿最大应力为367MPa（应力集中），其中大部分应力均在245MPa以下，小于规范要求的295MPa，最大位移为0.7mm，均满足提升安全要求。

3.3 钢连廊提升施工

3.3.1 提升准备工作

钢结构连廊在其设计位置的投影面正下方-0.160m的楼面上拼装成整体提升单元；在A、B塔楼两侧混凝土柱和劲性柱、劲性梁设置4组提升平台（上吊点）；安装液压同步提升系统设备，包括两台YS-PP-60液压泵源系统、4套YE-SJ-405穿心式液压千斤顶、1台YS-CS-01计算机控制系统、各类传感器等并对其进行测试；在连廊上弦杆上安装下提升点临时吊具并与上提升点对应；安装4组专用底锚和专用钢绞线。

3.3.2 预提升工作

缓慢提升连廊，使得4组提升钢绞线受力均匀；检查钢连廊结构及液压同步提升设备、提升平台、吊具等的所有措施是否符合规范及设计要求；确认无误后，按照设计荷载的 20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的顺序逐级加载，直至连廊提升单元脱离拼装平台；待连廊提升约150mm后，暂停提升；测量各提升点的水平标高，若不在同一标高微调其至水平位置，并静置12h。待12h后，检查钢连廊结构及液压同步提升设备、提升平台、吊具等的所有措施有无异常；确认无异常情况后，开始正式提升；