钢桁架与框架组合的空中连廊整体提升安装施工

孙 婷 房霆宸 夏巨伟

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；2. 上海超高层建筑智能建造工程技术研究中心 上海 200080

空中连廊是将2栋或若干栋建筑连接起来的高空通道。常见的空中连廊形式有桁架、空腹桁架、拱结构等。随着建筑功能需求的发展，多层大跨度钢结构空中连廊得到越来越广泛的应用。由于层数较多、整体结构质量较大，这类连廊的安装难度相对较大，安装精度和变形控制难度也较大。

对于空中连廊钢结构，常用的安装工艺主要有高空原位安装和整体提升安装。对于高空原位安装，如果连廊离地高度不高，可以采用设置临时支撑的方法分件吊装；如果安装高度很高，则悬臂安装也是一种方法。如著名的中央电视台总部大楼空中90°转角连廊结构，就是采用高空悬臂安装的典型案例。但在悬臂安装时，施工过程中的变形控制难度大，凌空作业安全风险高，安装速度慢。

整体提升安装，即将连廊在地面或投影下方的结构上拼装完成后，利用整体提升机构同步提升到位。采用整体提升安装时，对于多层连廊来说：首先，由于连廊结构很重，如果下部存在既有建筑，则对下部结构的承载能力要求较高，结构加固工作量将很大；其次，多层连廊对整体提升系统的提升能力要求也较高；最后，在提升过程中，多层连廊整体结构的迎风面积大，对抗风要求高。

采用整体提升和高空原位安装相结合的方法，可以较为有效地解决上述问题。空中连廊底部的桁架层采用地面拼装、整体提升的方法安装，上部的框架结构可依托提升到位的桁架层原位安装，充分发挥各自结构的特点。

1 工程概况

某金融中心建筑采用双塔楼形式，塔楼地上均为20层，结构顶标高92.35 m，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构形式，部分柱内插型钢。双塔1—6层之间为钢筋混凝土框架结构裙房，顶部16—20层之间设2座空中连廊。

2座空中连廊的结构布置及形式相同，连廊跨度为42 m，宽度约20.5 m，高4个楼层（约18 m），采用底部钢桁架、上部钢框架组合形式。其中，底部桁架层高2个楼层，上部钢框架高2个楼层。底部桁架层由3榀主桁架（2榀边桁架和1榀中间桁架）和跨中的2榀横向连系桁架组成主受力结构。主桁架与两侧塔楼内劲性钢柱刚性连接。空中连廊在16层、18层、20层设有平面支撑（图1）。

图1 空中连廊立面布置

连廊主桁架杆件均为焊接箱形截面，截面尺寸为350 mm×350 mm×20 mm×20 mm～600 mm×500 mm×35 mm×35 mm不等，材质为Q390GJ。连廊上部钢柱截面为焊接箱形，桁架层楼面梁及上部楼层钢梁截面为H形（热轧或焊接），材质均为Q345B。连廊楼面结构为钢筋桁架楼承板组合楼板。

2 工程难点及总体安装思路

空中连廊位于16层（顶板）—20层（顶板），标高为74.2～92.35 m，连廊钢结构底部离下部混凝土结构（6层顶板，标高29.4 m）净空近45 m，安装高度高。连廊跨度42 m，主桁架单榀质量约116 t，单座连廊桁架层质量约588 t，单座连廊钢结构总质量约810 t。

针对大跨、重型空中连廊结构，结合其底部桁架、上部钢框架结构特点，拟采用桁架层整体提升安装、上部钢框架高空原位安装的方法进行施工[1-2]。连廊拼装工位布置在其投影下方的6层钢筋混凝土裙房顶部。连廊拼装和提升安装不影响裙房内部二结构、机电管线、装饰等专业施工。考虑到整座连廊质量达810 t，投影面积为840 m2，如果整座连廊一起拼装和提升，则拼装时作用在裙房屋顶的荷载将达到近10 kN/m2。为降低作用在混凝土结构上的荷载，同时减小提升荷载和结构加固量，考虑仅拼装和提升桁架层，将拼装荷载降至7 kN/m2。上部的2层钢框架待桁架层提升安装完成后，再高空原位安装。

3 空中连廊安装方案

3.1 桁架层整体拼装

3.1.1 拼装胎架搭建

裙房结构施工时，根据拼装荷载对结构进行承载力复核。在混凝土柱顶预埋埋件，方便后续连廊拼装胎架固定。

根据进度计划安排，桁架层拼装准备工作在两侧塔楼结构封顶前2个月开始。利用塔楼的2台塔吊进行拼装胎架的安装，胎架采用H型钢搭设。为有效减少拼装荷载对混凝土屋面结构的影响，胎架根据裙房结构柱网，架空支承在柱顶上，以确保胎架自重及拼装荷载直接传递至混凝土柱。根据施工计算，经拼装胎架传递至混凝土柱顶单点最大竖向荷载为610 kN，可通过加大局部混凝土柱配筋解决受力问题，不增大混凝土柱截面尺寸。

胎架搭建完成后，采用全站仪进行测量定位放线。为确保定位线在拼装过程中不发生偏移，定位线测放在裙房屋面混凝土结构上。

3.1.2 桁架层拼装施工

桁架层构件按弦杆为主进行工厂分段，分段长度根据塔吊起重能力确定，基本为一个节间一段，长度为8.4 m。桁架两端与塔楼连接处杆件加工时预留余量，待预埋在塔楼混凝土结构内的桁架连接钢牛腿施工完成后，通过全站仪实测钢牛腿实际偏差，并与工厂内桁架杆件之间采用数字化虚拟预拼装，确定端口修正尺寸，确保桁架杆件加工精度。桁架层杆件在现场采用塔吊进行整体拼装，铺设底层钢筋桁架楼承板，作为高空安装作业时的安全硬隔离。

3.2 桁架层整体提升安装

3.2.1 整体提升系统布置

根据连廊结构特点及两侧塔楼结构布置，提升点共设6个点，每侧3个点，提升下锚点分别设置在连廊3榀主桁架的两端，具体布置如图2所示。利用塔楼处塔吊安装液压整体提升支架和液压千斤顶等设备。提升支架固定在两侧塔楼劲性钢柱柱顶上，支架形式如图3所示[3-4]。提升系统安装完毕后进行调试和验收。

图2 整体提升点布置

图3 提升支架形式

3.2.2 整体提升

将桁架层试提升，当桁架最低点离开胎架30 cm后，悬停，进行相关的检测；静止数小时，待整体提升系统和桁架结构检测无误后，开始正式提升（图4）。

图4 空中连廊整体提升准备工况

桁架层整体提升到位并校正后锁定提升系统，先完成桁架所有弦杆与塔楼钢牛腿的临时固定连接。然后利用塔楼塔吊补缺安装桁架层与塔楼之间的连接构件，完成桁架层接头的永久连接。最后完成整体提升系统荷载转换，利用塔楼塔吊拆除整体提升系统。

3.2.3 整体提升工况计算

对整体提升过程进行了相关计算，得出提升点荷载及提升过程最不利工况下的连廊应力和变形，限于篇幅，计算过程略去[5]。计算表明，在整体提升过程中，空中连廊的最大应力为24.4 MPa，最大变形为8.9 mm，即采用整体提升安装工艺，连廊结构是安全的（图5）。

图5 连廊整体提升最不利工况下的应力、变形云图

根据提升计算分析，各提升点提升荷载如表1所示。每个提升点配置1台额定提升能力1 500 kN的穿心式液压千斤顶，各提升点提升能力均大于对应吊点荷载标准值的1.25倍，总提升能力（1 500 kN×6=9 000 kN）是总提升荷载标准值（5 880.9 kN）的1.53倍，即大于1.25倍且不大于2.5倍，满足GB 51162—2016《重型结构和设备整体提升技术规范》的规定。

表1 各提升点荷载及千斤顶配置

同时，对设置在塔楼顶部的提升支架进行计算分析，计算结果表明所设计采用的提升支架最大应力为186 MPa（提升支架材质均为Q345B），最大变形为16 mm，提升支架的承载能力及变形均满足安全要求（图6）。

图6 提升支架应力及变形云图

为确保整体提升过程安全，在施工全过程中进行了变形和应力监测。变形监测采用全站仪，测点主要布置在桁架两端（提升点）和跨中以及提升支架千斤顶布置位置。对6个提升千斤顶的行程进行同步监测。应力监测同样布置在被提升桁架和提升支架上，桁架上的监测点数据采用无线技术传输，提高数据采集的实时性和操作安全性；提升支架上的应力监测数据采用传统的有线采集技术进行处理。

3.3 桁架层上部钢框架原位安装

桁架层结构全部安装完毕，整体提升系统卸载后，利用塔楼的2台塔吊逐层吊装桁架层上方钢框架。由于桁架层底部楼承板事先已在地面铺设完毕，故在上部钢框架吊装时已形成了可靠的高空硬隔离，有效地保证了施工安全。

4 结语

通过采用底部桁架层整体提升、上部钢框架高空原位安装的组合安装方法，解决了双塔楼之间大跨度空中连廊钢结构的安装问题，同时降低了拼装荷载和下部结构的承载要求。通过工厂预拼装结合现场实测反馈，保证了钢桁架整体提升时的空中对接精度，提高了钢结构施工质量。

工程实施的不足之处是受承包模式、幕墙施工进度等制约，连廊底部的幕墙未能实现与桁架层地面拼装时一并安装、随桁架一起提升的设想。这使得后续空中连廊底部幕墙的安装又成为一个难题，对此可在后续类似工程中考虑进一步优化。