建滔广场大型空中连廊钢结构施工关键技术

建滔广场大型空中连廊钢结构施工关键技术何月峰刘明路王军宋海通高永强（中国二十冶集 团有限公司，上海201999）摘要：建滔广场上海二期钢 结构工程为空间桁架结构，4根箱形桁架为主要受力体系， 跨度与提升高度较大。施工采用地面拼装、计算机控制整体 同步提升的施工技术。通过仿真模拟对整个拼装施工过程进 行分析，验证了地面拼装的可行性。同时在计算机控制整体 同步提升过程中对结构各个阶段的变形和应力进行了实时 检测，为结构的安全施工提供了保障。关键词：钢结构；桁 架；拼装；整体同步提升；仿真分析；施工监测随着 社会经济的发展，新颖、美观、复杂的超高大跨度城市建筑 随之出现，如超高层结构、带转换层结构、高空超大跨度连 体钢连廊结构等。钢结构地面拼装和同步提升技术也随之应 用于国内外施工之中。从相关文献1-6 来看，目前国内外 高空超大跨度连体钢连廊结构，一般采用“地面拼装，同步提 升”技术，建滔广场上海二期钢结构工程以计算机仿真计算反 力值为依据，对钢结构单元进行分级加载，同步提升，钢结 构整体提升质量1 600 t ,最大跨度72 m，提升高度30 m。 1工程概况建滔广场上海二期钢结构工程，地下2层，地 上8层，为一栋门字形建筑单体，东、西两侧主体塔楼在7 层一屋顶层由连廊连接，主楼局部为劲性混凝土梁，核心筒处为劲性型钢混凝柱+钢板剪力墙受力体系，建筑总面积约 87 344 m2。钢结构总质量约为1 600 t，主要材质为 Q345GJ及Q345B。钢结构平面为矩形，钢结构连廊位于一 区办公楼与二区办公楼之间，跨度约72 m、宽约38 m、高 8 m ,结构顶标高31.500 m ;钢结构连廊由4根箱形桁架作 为主要受力体，桁架之间采用H型钢梁和水平支撑连系成整 体，节点采用栓焊刚性节点。结构体系跨度较大，提升高度 较大。建筑效果见图1 ,三维模型见图2。图1三维效果 图 2三维模型2钢结构施工简介建滔广场上海二期钢结构 工程空中连廊跨度和自重较大，空间定位难度大，且高空连 体结构逐步提升，连体结构与主结构连接后，会有较大内应 力，影响结构安全性。为减小连廊及主楼结构内应力，克服 落架过程中结构受力的转变，保证整体精确对接及安全就位, 提高结构安全性及施工过程中受力系统的稳定性，结合本工 程实际情况及多方案比选，采用地面整体拼装、整体同步提 升的方法，并采用有限元软件对施工过程进行模拟验算来控 制位移及应力比等关键技术点。此种方法可以保证钢结构 和土建同时施工，提高桁架安装就位精度、缩短施工工期、 加快进度，节约成本、避开与土建的交叉作业。3钢结构 施工流程 采用地面拼装和整体同步提升方法对空中连廊钢 结构进行施工时，按以下步骤进行：1）地下室楼层板加固； 2）在连廊区地下室顶板上整体拼装；3）连廊整体提升；4） 连廊与主楼对口合拢；5）连廊上弦对口焊接；6）连廊混凝土 的浇筑；7）连廊拆除临时支撑；8）连廊下弦对接口及支座焊 接。限于篇幅，以下仅对主要施工步骤进行阐述。3.1连 廊地面拼装办公楼主体结构施工至地上4层时，先拼装钢 胎架，由轴线往轴线、由中间往两侧拼装，并用水准仪将胎 架抄平后，固定胎架。然后利用汽车吊和现场塔吊由中间（轴） 往东西两侧方向由低到高拼装次梁和水平支撑等，由轴线往 轴线进行连廊的地面整体拼装，形成拼装单元，依次为T, TTTT,T?TT,有效地保证了施工过程中钢结构体系的稳 定性。轴线如图3所示。图3轴线示意拼装时，采用1 台QTZ80B塔吊、1台QY50汽车吊和1台QY100K汽车 吊性进行安装，拼装过程见图4、图5。a一步骤1 ； b一步 骤2 ； c一步骤3 ； d一步骤4 ； e一步骤5 ； f一步骤6 ； g一 步骤7。图4拼装过程a-相邻两根桁架连接拼装；b-相邻两根桁 架连接拼装完成。图5现场拼装过程3.2钢结构同步提升为确保结构单元 在提升过程中的平稳、安全，根据钢结构的特性，拟采用“吊 点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位” 的同步提升策略。以计算机仿真数据为依据，采用TLC-01 型计算机控制系对钢结构单元进行分级加载，各吊点处的液 压提升系统伸缸压力应缓慢分级增加，依次为设计荷载的20%、40%、60%、80% ；在确认各部分无异常情况后，可 继续加载到设计荷载的90%、95%、100%，直至钢结构全 部脱离拼装胎架。整体提升施工过程中，影响构件提升速度 的因素主要有液压油管的长度及泵站的配置数量，按照设备 配置，整体提升速度约8 m/h，连廊提升如图6所示。a 相邻两根桁架连接拼装；b一整体同步提升连廊；c一连廊就 位。图6连廊提升示意当钢桁架整体提升离地约100 mm时， 停止提升，在空中静止至少12 h ,检查监测结构变形及应力 情况；提升至距设计标高约20 cm时，调低泵站频率，提升 器微调作业，钢桁架精确就位，提升器锁紧静止，检查监测 结构变形及应力情况；安装焊接后补杆件,12 h后，检查监 测结构变形及应力情况；提升施工结束,12 h后，检查监测 钢桁架及焊缝等结构的变形及应力情况。在提升及下降过 程中，空中姿态调整和杆件对口等需要进行高度微调。微调 前，将计算机同步控制系统由自动模式切换成手动模式。根 据需要，对提升系统中各个吊点的液压提升器进行同步微调 （上升或下降），或者对单台液压提升器进行微调整。微动即 点动调整精度可以达到毫米级，完全可以满足钢结构单元安 装的精度需要。3.3连廊落架整体提升的钢连廊端部通过 滚轴与主体结构柱相连，为铰接形式，钢连廊提升到位后， 将钢连廊上弦、上斜腹杆与结构柱先焊接，呈刚接形式，铰接-刚接的受力转换节点如图7所示。然后采用螺旋千斤顶落 架，待连廊充分变形后，再将下弦和斜腹杆与主体结构相连， 这种处理可以显著降低主体结构柱的受力。a一滚轴支座示 意；b滚轴支座。图7铰接-刚接的受力转换节点根据计算结果确定采用“分 区同步等距落架”的原则，按计算的提升荷载为基准，所有吊 点同时下降至落架前荷载的10%。若某些吊点荷载超过落架 前荷载的10%，或者吊点位移不同步达到10 mm，则立即 停止其他点下落，而单独下落这些异常点。如此往复，直至 钢绞线彻底松弛。连廊提升到位后，由铰接至刚接的受力 转化步骤如图8所示。4钢结构施工仿真分析采用有限元 软件对拼装过程、同步提升过程等进行了仿真分析。根据工 程特点，重点阐述同步提升状态结构分析。a一提升到位;b一 焊接上弦杆；c一焊接上斜腹杆;d一拆除千斤顶；e一焊接下 弦杆；f_焊接下斜腹杆；g_焊接结构柱。图8铰接至刚拉受力转化4.1计算模型计算机控制提升 施工技术目前在钢结构施工中得了快速的发展，辅以计算机 模拟分析可以使整个提升施工过程安全可控，本工程分析时 的计算条件如下：1）荷载：考虑杆件自重、风荷载；2）荷载 组合：1.2D+1.4 WX;1.2D+1.4 WY;1.0D+1.0 WX;1.0D+1.0 WY。其中，D为钢结构自重，WX为X向风荷载,WY为 Y向风荷载。4.2计算结果图9为提升阶段的应力比。提升状态下，桁架跨中最大下挠约33 mm ,结构杆件最大应力 比约为0.78，满足设计及相关规范要求。图9提升阶段应 力比5结束语 本文主要对建滔广场上海二期钢结构工程 中大跨度连廊施工过程进行了介绍，着重介绍了钢结构的地 面拼装技术、整体同步提升技术、有限元仿真分析技术。通 过有限元分析，保证了工程施工的顺利进行，工程现已投入 运营使用。参考文献1夏勇.大吨位钢结构多吊点非对称 整体提升施工控制技术研究D.长沙：长沙理工大学,2013. 2郭彦林，刘学武.大型复杂钢结构施工力学问题及分析 方法J .工业建筑，2007 , 37(9):1-8. 3王永敏.大跨度高 空钢结构连廊整体提升施工技术J.施工技术，2014,36 (7):833-835. 4任自放，颜勇.中国国家博物馆改扩建工程 钢结构桁架整体提升施工技术J .钢结构,2010 , 25(10):57-61. 5王涛.大跨空间钢结构整体提升施工关键 技术研究D.北京：北京建筑大学,2013. 6董新红.河南建 设大厦连体钢结构整体提升施工技术J.建筑施工，2016,43 :35-38. 7中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构 荷载规范:GB 500092012S.北京:中国建筑工业出版社, 2012. 8上海市城乡建设和交通委员会.重型结构(设备)整 体提升技术规程：DG/T J 0820562009S.北京：中国 标准出版社，2009. THE KEY TECHNIQUES OF STEEL STRUCTURE CONSTRUCTION OF LARGE SPACECORRIDOE IN JIANTAO SQUARE HE Yuefeng LIU Minglu WANG Jun SONG Haitong GAO Yongqiang (China MCC20 Group Co. Ltd, Shanghai 201999, China) ABSTRACT : The second stage of Jiantao square steel project in Shanghai is the construction of space truss structure. The main body consists of 4 box truss as the main system with span and long great hoisting height. During the construction, the redniques of ground assembling and integral lifting synchronous were adopted through computer control. Using the simulation analysis to analyze the whole ground assembling during the construction and verify the feasibility of ground assembling. At the same time the real-time monitoring in the construction process of the integral lifting synchronous was and provid conducted guarantee for the safety of construction structure. KEY WORDS :steel structure; truss; ground assembling; integral lifting synchronous; simulation analysis; construction monitoring DOI:10.13206/j.gjg201710021 第一作者：何月峰，男,1974 年出生，工程师。Eamil:411299382 收稿日期： 2017-05-24