李福榮

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

博華中心項(xiàng)目位于上海市靜安區(qū)，地塊西至慈溪路，東至大田路，南至山海關(guān)路，北至新閘路，由1幢高250 m的超高層塔樓和高22.6 m的商業(yè)裙房組成（圖1）。項(xiàng)目地下4層，塔樓地上54層，裙房地上4層，總建筑面積182 839.62 m2。

圖1 博華中心

因功能改變，需對(duì)主樓區(qū)域已施工完成的地下室結(jié)構(gòu)（原上部結(jié)構(gòu)未施工）進(jìn)行大規(guī)模改建，改建范圍共計(jì)4層（地下），內(nèi)容涉及：核心筒剪力墻的拆除與新增；外圍巨型鋼骨混凝土柱節(jié)點(diǎn)改建與新增；混凝土梁及樓板的拆除與重建（圖2、圖3）。

圖2 主樓區(qū)域地下室頂板拆除平面

圖3 主樓區(qū)域地下室頂板新建平面

塔樓地下室原結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土外框架＋核心筒體系，改建后的結(jié)構(gòu)為鋼框架＋核心筒體系。塔樓周邊新增14根SRC柱，鋼骨柱采用“十”字形截面，截面尺寸為1 350 mm×450 mm×25 mm×40 mm。新增鋼構(gòu)件利用后置埋件、鋼抱箍等措施同老結(jié)構(gòu)連接。

在改建后的地下室上部新建高250 m的塔樓（標(biāo)準(zhǔn)層層高4.5 m），塔樓采用鋼筋混凝土核心筒＋鋼框架結(jié)構(gòu)，其鋼結(jié)構(gòu)部分由核心筒勁性鋼柱、外圍勁性鋼柱、樓層鋼梁、桁架（含環(huán)帶桁架及勁性桁架）、樓承板及頂部塔冠組成，其中桁架層設(shè)有斜向水平支撐（圖4～圖6）。

圖4 地上（典型）標(biāo)準(zhǔn)層平面

圖5 地上桁架層（38層）平面

圖6 塔樓結(jié)構(gòu)立面

2 工程特點(diǎn)、難度分析

1）本工程地下室需進(jìn)行大范圍的改建，涉及到大量的新老銜接構(gòu)件，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工定位及質(zhì)量控制提出了較高要求。

2）項(xiàng)目地處鬧市中心，場(chǎng)地狹小且又緊鄰地鐵，工期緊迫且塔樓地上結(jié)構(gòu)新建與周邊地下室改建需同步進(jìn)行，施工場(chǎng)地組織要求高。

3）項(xiàng)目因功能變化導(dǎo)致原有塔式起重機(jī)械無(wú)法滿足新建結(jié)構(gòu)施工需要，新布置的重型塔吊基礎(chǔ)的處理對(duì)起重機(jī)械的安全使用至關(guān)重要[1-6]。

3 總體施工流程

主樓地下室分區(qū)改建（見(jiàn)圖3）。A區(qū)（塔樓區(qū)域）自上而下拆除完畢后利用2臺(tái)80 t汽車吊在塔樓周邊地下室頂板上安裝該區(qū)B1～B4層新建結(jié)構(gòu)及新布置的2臺(tái)重型外附著式塔吊（圖7）。

A區(qū)進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)施工后，自下而上改建B區(qū)地下室結(jié)構(gòu)并保留C區(qū)作為A區(qū)上部結(jié)構(gòu)施工作業(yè)面，待B區(qū)改建完畢后，改建C區(qū)地下室結(jié)構(gòu)并以B區(qū)作為A區(qū)上部結(jié)構(gòu)施工作業(yè)面。塔樓上部結(jié)構(gòu)利用2臺(tái)重型外附著式塔式ZSL500和ZSL750作為主要施工機(jī)械。

圖7 地下室階段場(chǎng)地布置平面

4 地下室改建部分鋼結(jié)構(gòu)施工

4.1 老結(jié)構(gòu)偏差復(fù)核

由于地下室是部分改建，新老結(jié)構(gòu)需要連接，為消化老結(jié)構(gòu)本身存有的“合理”偏差，現(xiàn)場(chǎng)施工前利用全站儀對(duì)老結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測(cè)，獲取實(shí)際數(shù)據(jù)以指導(dǎo)新增鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)，確保施工順利實(shí)施。

4.2 首節(jié)勁性鋼柱安裝

新增14根勁性鋼柱通過(guò)后置錨栓與已完成的地下室底板連接（圖8）。利用鉆孔機(jī)對(duì)底板進(jìn)行鉆孔，鉆孔的深度以及垂直度通過(guò)附著在鉆機(jī)上的刻度表以及糾偏構(gòu)造來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。鉆孔結(jié)束后，拆卸鉆頭，將φ50 mm的錨栓伸入孔內(nèi)并通過(guò)鉆機(jī)上的糾偏器進(jìn)行垂直度校正，校正結(jié)束后植筋并對(duì)錨桿采取保護(hù)措施。鋼柱安裝前利用地腳螺栓上的螺母調(diào)節(jié)柱底標(biāo)高，利用80 t汽車吊進(jìn)行吊裝，鋼柱復(fù)測(cè)無(wú)誤后設(shè)置側(cè)向穩(wěn)定措施，擰緊地腳螺栓螺母并對(duì)柱底進(jìn)行二次灌漿。

圖8 首節(jié)勁性鋼骨柱與底板關(guān)系立面

4.3 新增鋼梁與老柱連接抱箍安裝

老結(jié)構(gòu)外框柱直徑為2 100 mm，利用“兩片式”環(huán)形抱箍連接新結(jié)構(gòu)鋼梁與該柱。抱箍單片半環(huán)與半環(huán)之間采用全熔透焊對(duì)接，抱箍與老柱之間采用后置錨栓連接（圖9）。利用土法對(duì)抱箍進(jìn)行分片安裝，通過(guò)后置錨栓使其固定在老柱上。鋼梁安裝完畢后全熔透對(duì)接抱箍。利用微膨脹水泥對(duì)抱箍與老柱之間的間隙進(jìn)行灌漿密實(shí)處理（圖10）。

圖9 典型首層框架梁與已建成塔樓柱連接

4.4 轉(zhuǎn)換桁架安裝

勁性鋼骨轉(zhuǎn)換桁架共涉及2處，均在B1層，最大尺寸為H2 500 mm×1 300 mm×60 mm×60 mm（圖11）。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)抱箍安裝實(shí)景

圖11 地下室轉(zhuǎn)換桁架立面

施工桁架時(shí)剛好進(jìn)入冬季施工，為確保厚板焊接質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)保溫棚并進(jìn)行焊前預(yù)熱。鋼板焊接完成后，在焊縫兩側(cè)進(jìn)行焊后熱處理，其熱處理的范圍為鋼板厚度的2～3倍，加熱溫度控制在150～300 ℃，并持續(xù)1～2 h。熱處理結(jié)束后，采取保暖措施使焊縫緩慢冷卻，冷卻的速度控制在≤10 K/min。

4.5 車庫(kù)坡道鋼梁施工

新建坡道結(jié)構(gòu)采用鋼梁＋樓承板形式，主梁通過(guò)后置埋件與老結(jié)構(gòu)（混凝土）連接。受主樓上部結(jié)構(gòu)同步施工的影響，坡道鋼結(jié)構(gòu)無(wú)法采用地面起重機(jī)進(jìn)行吊裝，因此采用土法安裝。利用塔樓塔機(jī)將坡道鋼梁通過(guò)吊裝孔吊運(yùn)至地下施工樓層，利用手推液壓小車將鋼構(gòu)件水平駁運(yùn)至作業(yè)點(diǎn)。主梁利用固定在兩側(cè)柱子上的電動(dòng)葫蘆就位，次梁則通過(guò)在主梁上設(shè)置提升架，利用固定在提升架上的手拉葫蘆吊裝。由于坡道設(shè)計(jì)為雙向傾斜面，為便于樓承板鋪設(shè)，鋪板方向平行于主梁。

4.6 B區(qū)及C區(qū)地下改建部分鋼梁施工

B區(qū)、C區(qū)原結(jié)構(gòu)為混凝土框架，改建后為鋼框架。鋼梁均通過(guò)后置埋件與原混凝土結(jié)構(gòu)連接，改建順序由下而上進(jìn)行，利用塔樓塔機(jī)將鋼構(gòu)件通過(guò)吊裝孔吊運(yùn)至地下施工樓層，利用手推液壓小車將其水平駁運(yùn)至作業(yè)點(diǎn)。通過(guò)固定在周邊結(jié)構(gòu)上的手拉葫蘆對(duì)其進(jìn)行安裝。

5 塔樓地上新建鋼結(jié)構(gòu)安裝

塔樓采用2臺(tái)自升式外附著塔吊作為主要起重機(jī)械，其中1臺(tái)ZSL500塔吊布置在塔樓外框東側(cè)，1臺(tái)ZSL750塔吊布置在塔樓外框西側(cè)。由于項(xiàng)目東側(cè)緊鄰在建車站（車站結(jié)構(gòu)已施工完畢），東區(qū)ZSL500塔吊堆場(chǎng)（位于塔樓東側(cè)地下室結(jié)構(gòu)上方）限載1 t/m2（圖12）。

圖12 塔樓地上結(jié)構(gòu)施工平面

5.1 重型塔機(jī)使用方案

5.1.1 塔吊基礎(chǔ)施工

由于起重機(jī)安裝前，原地下室底板已施工完畢，現(xiàn)場(chǎng)新布置的2臺(tái)塔吊無(wú)法預(yù)埋在底板上，因此塔吊采用后置基礎(chǔ)，解決方案如下：底板上設(shè)置后置埋件，利用角焊縫連接路基箱與埋件。路基箱下方鋪設(shè)黃沙用以墊實(shí)路基箱與底板之間的空隙。路基箱上鋪支座板與轉(zhuǎn)換鋼梁作為后置塔吊基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)換鋼梁之間通過(guò)連系鋼梁連接。利用肋板固定轉(zhuǎn)換鋼梁及支座板，路基箱端部設(shè)置配重壓鐵（圖13）。塔吊初始安裝高度為24 m，在B1層上設(shè)置第1道附墻，附墻通過(guò)后置埋件與原外框柱連接（圖14）。

圖13 塔吊基礎(chǔ)做法

5.1.2 塔吊附墻施工

塔樓受改建影響，上部核心筒同外框存在進(jìn)度偏差（一般相差10層左右），為滿足核心筒施工吊裝高度的需要，ZSL500塔吊設(shè)置長(zhǎng)附墻，附墻通過(guò)預(yù)埋件直接與核心筒相連（見(jiàn)圖14）。通過(guò)MIDAS對(duì)長(zhǎng)附墻及核心筒主要受力構(gòu)件進(jìn)行整體建模計(jì)算（圖15）。

圖14 塔吊附墻立面布置

核心筒施工至27層，翼墻墻體由原先的1 000 mm降至800 mm，豎向鋼筋為4排φ18 mm@150 mm（HRB400），水平鋼筋為4排φ12 mm@150 mm（HRB400）。通過(guò)模型計(jì)算，在長(zhǎng)附墻作用下核心筒x軸方向的彎矩值無(wú)法滿足要求，故在27層后，對(duì)涉及到長(zhǎng)附墻的樓層區(qū)域采取增強(qiáng)水平鋼筋的措施（水平鋼筋增強(qiáng)至4排φ12 mm@150 mm＋φ12 mm@150 mm），以滿足核心筒的內(nèi)力要求。

塔機(jī)常規(guī)附墻設(shè)置在塔樓外框勁性柱上，利用MIDAS GEN對(duì)常規(guī)附墻、外框架等主要受力構(gòu)件進(jìn)行整體建模計(jì)算（圖16）。在塔機(jī)附著的工況下，附著層的樓面鋼梁不僅需要承受本身的橫向荷載（梁內(nèi)力主要表現(xiàn)為彎矩和剪力），還需要承受塔機(jī)對(duì)其造成的軸向力（此與設(shè)計(jì)狀態(tài)不符）。經(jīng)計(jì)算，原設(shè)計(jì)鋼梁截面無(wú)法滿足塔吊附著要求，故需進(jìn)行加固處理。加固方法如下：增加受力鋼梁截面面積（但不變鋼梁高度）；在受力區(qū)域加設(shè)圓形水平支撐；受力鋼梁與核心筒連接的埋件由原先的“單剪”改為“雙剪”構(gòu)造（圖17）。為便于附墻與外框勁性柱的連接，在附墻位置的勁性鋼柱上設(shè)置鋼牛腿，鋼牛腿設(shè)計(jì)如下：在節(jié)點(diǎn)區(qū)域加設(shè)2塊橫向肋板，肋板外側(cè)設(shè)置附墻連接板，塔吊附墻采用矩形鋼管，附墻鋼管與連接板之間采用角焊縫相連（圖18）。

圖15 核心筒內(nèi)力云圖

圖16 外框架內(nèi)力云圖

考慮到附墻作用在勁性鋼骨柱上（截面形式采用十字形），會(huì)對(duì)其造成平面扭矩。為保證結(jié)構(gòu)安全，在附墻附著的這一層勁性鋼柱上設(shè)置相關(guān)綴條板，并對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)建模計(jì)算（圖19）。計(jì)算結(jié)果表明，經(jīng)上述加固措施后的鋼骨柱端部最大應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度，平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)最大位移僅為6.4 mm，滿足要求。

圖17 外框架加固平面

圖18 外框柱附墻區(qū)域節(jié)點(diǎn)

圖19 外框柱計(jì)算云圖

5.2 主樓上部結(jié)構(gòu)施工

5.2.1 鋼框架施工

塔樓上部鋼框架，外框鋼柱除設(shè)備層以外（2層/節(jié)）均為3層/節(jié)進(jìn)行分段。鋼結(jié)構(gòu)主梁?jiǎn)渭跹b，部分邊梁、次梁采用“地面擴(kuò)大組裝，高空單位整體吊裝”就位。塔樓因建筑需要，局部樓層鋼柱呈單邊傾斜狀，單根柱子傾斜最大角度為7°。鋼柱就位后，利用裝配板臨時(shí)固定柱子，吊機(jī)不松鉤，待現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員對(duì)鋼柱底焊施工完畢后再進(jìn)行松鉤。

5.2.2 核心筒勁性桁架施工

勁性桁架位于38層，共涉及2處，桁架均貫穿于核心筒腹墻內(nèi)，構(gòu)件采用焊接H型鋼，截面最大尺寸為H800 mm×250 mm×50 mm×50 mm。由于勁性桁架在施工過(guò)程中與鋼柱筒架交替支撐式整體液壓爬升鋼平臺(tái)的支撐系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱鋼平臺(tái)）存在位置上的沖突，桁架吊裝分段在深化設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合鋼平臺(tái)爬升要求，進(jìn)行吊裝分段的優(yōu)化（圖20）。

圖20 勁性桁架分段

勁性桁架下弦桿施工完畢后，核心筒混凝土澆筑至38層。用于鋼平臺(tái)提升的鋼立柱與桁架斜桿接頭相碰（鋼平臺(tái)通過(guò)鋼立柱頂升已施工完畢的核心筒實(shí)現(xiàn)整體提升），現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置臨時(shí)頂升柱。頂升鋼柱采用門式支架（圖21）。

圖21 勁性桁架安裝立面

5.2.3 環(huán)帶桁架施工

環(huán)帶桁架位于24層及38層，構(gòu)件均采用焊接H型鋼，截面最大尺寸為H500 mm×600 mm×60 mm×80 mm。

桁架在吊裝過(guò)程中涉及高重心問(wèn)題，利用矩形鋼管作為臨時(shí)支撐，節(jié)點(diǎn)與下段鋼柱底焊完成后松鉤?？紤]到高重心構(gòu)件在“懸臂工況”下時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，該層臨時(shí)支撐待環(huán)帶桁架結(jié)構(gòu)成型后再進(jìn)行拆除（圖22）。

圖22 現(xiàn)場(chǎng)高重心構(gòu)件吊裝

5.2.4 剪力鋼板施工

核心筒勁性剪力鋼板位于南端翼墻內(nèi)且處于核心筒收分處末端，施工方法如下：核心筒施工至37層，鋼平臺(tái)南側(cè)機(jī)架拆除并繼續(xù)向上施工。待37層外框架施工完畢后對(duì)38層剪力鋼板進(jìn)行安裝（鋼、板分別安裝，鋼柱與鋼板之間利用“靠碼”作為焊接臨時(shí)措施，減少鋼板在焊接過(guò)程中的變形）。在37層框架上搭設(shè)落地腳手架，作業(yè)人員在腳手架上對(duì)此處核心筒翼墻進(jìn)行土建施工（圖23、圖24）。

圖23 勁性剪力鋼板鋼構(gòu)施工

圖24 勁性剪力鋼板土建施工

5.2.5 核心筒內(nèi)鋼構(gòu)件施工

核心筒內(nèi)的鋼構(gòu)件主要涉及井道梁、電梯分割梁及鋼樓梯。其中鋼樓梯滯后外框1～2層，其余鋼結(jié)構(gòu)滯后外框7～8層。井道梁與電梯分割梁利用塔吊將其駁運(yùn)至外框N-7層后，用懸掛在鋼平臺(tái)上的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行安裝，電梯分割梁在安裝過(guò)程中下方搭設(shè)硬隔離及其他安全措施確保施工人員安全（圖25）。核心筒內(nèi)鋼樓梯構(gòu)件通過(guò)鋼平臺(tái)上的吊裝孔進(jìn)入施工作業(yè)層，利用懸掛在鋼平臺(tái)上的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行安裝。

圖25 核心筒內(nèi)鋼構(gòu)件安裝立面

6 結(jié)語(yǔ)

行之有效的施工方案對(duì)于地下改建、地上新建的超高層來(lái)講至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)老結(jié)構(gòu)的復(fù)測(cè)，修正新建鋼結(jié)構(gòu)的尺寸，以保證新老結(jié)構(gòu)匹配；利用后置塔吊基礎(chǔ)解決重型塔吊無(wú)法預(yù)埋在已施工完畢的地下室底板上的難題；采用長(zhǎng)附墻的方式，解決了在外框結(jié)構(gòu)進(jìn)度嚴(yán)重滯后于核心筒的工況下，吊裝高度不夠等問(wèn)題。通過(guò)一系列的技術(shù)研究，解決了博華中心這一地下改建、地上新建工況下的超高層鋼結(jié)構(gòu)施工難題，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施。