楊 飛 郭延義

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

1 工程概況

南航上海虹橋基地商業(yè)辦公樓為地上10層、地下2層的L形建筑物，地上結(jié)構(gòu)按照功能區(qū)和使用要求將L形建筑物分成2個(gè)結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則的一字形單元塔樓，并在3層、5層、7層采用單獨(dú)連廊連接，8、9、10層及屋面層整體連接，連接部分采用鋼結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 工程鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域位置示意

本工程鋼結(jié)構(gòu)平面形狀為梯形（圖2），跨度為20.30～27.65 m，投影面積535 m2，結(jié)構(gòu)形式為頂層桁架下吊柱懸掛第8、9層鋼結(jié)構(gòu)（圖3），主構(gòu)件采用700 mm×350 mm×35 mm×40 mm、500 mm×350 mm×30 mm×30 mm規(guī)格的焊接組合箱型構(gòu)件，次梁及連系梁采用500 mm×300 mm×14 mm×21 mm、400 mm×200 mm×8 mm×13 mm規(guī)格的焊接H型鋼，連接支座采用600 mm×400 mm×35 mm×35 mm的H型鋼勁性柱留設(shè)預(yù)留段的形式，主節(jié)點(diǎn)為剛性焊接連接，次節(jié)點(diǎn)為M20的10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓鉸接點(diǎn)，對(duì)接焊縫均為坡口熔透焊，為一級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)。8層～屋面層鋼結(jié)構(gòu)安裝高度28.35～40.35 m，質(zhì)量約為460 t；3、5、7層鋼連廊的質(zhì)量約為110 t[1-2]。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)平面示意

2 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1）鋼結(jié)構(gòu)跨度較大：鋼結(jié)構(gòu)最大跨度達(dá)到27.65 m，鋼結(jié)構(gòu)平面呈不規(guī)則的梯形，撓度控制和拼裝難度相對(duì)較大。

2）安裝高度高：鋼結(jié)構(gòu)最大安裝高度達(dá)40.35 m，對(duì)吊具、設(shè)備及機(jī)械的選用，施工現(xiàn)場(chǎng)的安全設(shè)施和措施提出了更高的要求。

3）場(chǎng)地空間條件限制：工程鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域下方為已完的擴(kuò)展式地下室結(jié)構(gòu)，安裝吊車(chē)具有噸位限制的要求，周邊施工便道區(qū)域或臨時(shí)場(chǎng)地離鋼結(jié)構(gòu)安裝區(qū)域較遠(yuǎn)，吊裝施工難度大。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)立面示意

4）鋼結(jié)構(gòu)及受力復(fù)雜：工程鋼結(jié)構(gòu)8層～屋面層主梁采用2層空間桁架式大型箱形截面組合式鋼梁吊柱懸掛8、9層鋼結(jié)構(gòu)，3、5、7層為單獨(dú)的鋼連廊結(jié)構(gòu)，鋼梁尺寸及單個(gè)構(gòu)件噸位比較大。

5）工期緊：項(xiàng)目施工合同中約定的結(jié)構(gòu)階段的節(jié)點(diǎn)工期短，對(duì)資源的投入、鋼結(jié)構(gòu)安裝部署等協(xié)調(diào)組織和管理提出了更高的要求。

3 施工方案

3.1 安裝方案的選用

本項(xiàng)目商業(yè)辦公樓鋼結(jié)構(gòu)最大安裝高度為40.35 m，如采用將鋼構(gòu)件吊運(yùn)至承重腳手架上進(jìn)行高空組裝，現(xiàn)場(chǎng)的腳手搭設(shè)、高空施工作業(yè)量大，搭設(shè)安全、工期的控制等均不能保證，拼裝或吊運(yùn)機(jī)械設(shè)備也難以滿(mǎn)足吊裝要求且不經(jīng)濟(jì)。綜上所述，本工程采用在工廠加工制作分段鋼構(gòu)件，運(yùn)至安裝投影面正下方車(chē)庫(kù)頂板上，先將8層～屋面層鋼構(gòu)件預(yù)先拼裝成整體，然后利用液壓整體同步提升技術(shù)將拼裝成整體的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升并安裝，3、5、7層鋼連廊則采用串吊方式一起提升，此安裝方案既能提高作業(yè)效率，縮短工期，又確保了安裝質(zhì)量和施工過(guò)程的安全。

3.2 構(gòu)件的拼裝

本工程首先將8層～屋面層的鋼構(gòu)件置于投影面正下方的地下車(chē)庫(kù)頂板上，利用汽車(chē)吊預(yù)先拼裝為整體鋼結(jié)構(gòu)，拼裝時(shí)采用由遠(yuǎn)及近、分層分軸線階梯式的方式，將各分段鋼構(gòu)件按照設(shè)計(jì)圖紙依次吊運(yùn)拼裝成整體。3、5、7層鋼連廊則在鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域一側(cè)的吊車(chē)覆蓋區(qū)域分別拼裝，待拼裝成型的8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)先行提升到一定高度后，將3、5、7層拼裝成型的鋼連廊在下方拼疊后串吊并一起提升（圖4）。

圖4 8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)拼裝后提升現(xiàn)場(chǎng)

3.3 液壓提升器、吊點(diǎn)的布置

根據(jù)本工程鋼結(jié)構(gòu)平面形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用主樓的8根結(jié)構(gòu)勁性柱頂端預(yù)埋牛腿作為各提升支架的基礎(chǔ)，整個(gè)平面共設(shè)置8個(gè)吊點(diǎn)（圖5），每個(gè)吊點(diǎn)配置1臺(tái)以柔性鋼絞線作為承重索具的YS-SJ型穿心式液壓提升器。在8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)的屋面層鋼梁上部吊點(diǎn)位置處焊接提升用臨時(shí)吊具并設(shè)置錨板，利用經(jīng)計(jì)算與提升總荷載相匹配的鋼絞線，將臨時(shí)吊具與提升支座上作為上吊點(diǎn)的提升器連接。由于拼裝后的整體鋼結(jié)構(gòu)立柱距離吊點(diǎn)比較遠(yuǎn)，為減小鋼結(jié)構(gòu)提升過(guò)程中跨度方向鋼梁的撓度變形，采取在吊點(diǎn)處設(shè)置臨時(shí)加固豎向桿件和加勁板的措施，以滿(mǎn)足提升時(shí)整體鋼結(jié)構(gòu)變形的要求。

3.4 提升支架的設(shè)計(jì)

在主樓結(jié)構(gòu)勁性柱頂端預(yù)埋牛腿上設(shè)置提升支架（圖6），提升支架前斜撐規(guī)格為B300 mm×16 mm，后立柱、斜撐和牛腿加固桿規(guī)格為HW300 mm×300 mm×10 mm×15 mm，提升梁規(guī)格為B400 mm×300 mm×16 mm，構(gòu)件鋼材材質(zhì)為Q345B。提升支架各桿件間及支架與牛腿連接采用焊接，焊縫等級(jí)為二級(jí)，焊接形式為坡口全熔透焊。提升器固定在提升梁上，為保證提升支架的側(cè)向穩(wěn)定性，在提升支架側(cè)邊高度方向設(shè)置斜向的水平加固桿，規(guī)格為H150 mm×150 mm×7 mm×10 mm，材料材質(zhì)為Q235B。

圖5 鋼結(jié)構(gòu)吊點(diǎn)平面布置

圖6 提升支架設(shè)計(jì)

3.5 受力模型分析

鋼結(jié)構(gòu)提升過(guò)程采用Midas GEN V836有限元程序仿真分析。其中DL為結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重和樓層板重。參照GB 51162—2016《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》，應(yīng)力比取基本荷載組合，變形取標(biāo)準(zhǔn)荷載組合。

本工程鋼結(jié)構(gòu)提升過(guò)程中主要有2種典型工況，工況1為8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)提升時(shí)，含加固桿最大提升荷載共4 508 kN，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.44＜1（吊點(diǎn)處上弦桿件），加固桿桿件最大應(yīng)力比為0.59＜1，被提升結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力比均小于1，滿(mǎn)足要求；結(jié)構(gòu)最大綜合變形11 mm，主桁架最大豎向變形11 mm。主桁架跨度27 648 mm，豎向變形為跨度的1/2 513＜1/400，滿(mǎn)足規(guī)范要求（圖7）。

圖7 工況1應(yīng)力分布和變形分析示意

工況2為3、5、7層鋼連廊與8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)串吊共同提升時(shí)，最大提升荷載為5 149 kN，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.61＜1（吊點(diǎn)處上弦桿件），加固桿桿件最大應(yīng)力比為0.74＜1，被提升結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力比均小于1，滿(mǎn)足要求。結(jié)構(gòu)最大綜合變形23 mm（3層鋼梁處），主桁架最大豎向變形16 mm。主桁架跨度27 648 mm，豎向變形為跨度的1/1 728＜1/400，滿(mǎn)足規(guī)范要求（圖8）。

圖8 工況2應(yīng)力分布和變形分析示意

提升支架最大豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值900 kN，水平風(fēng)荷載20 kN，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.80（前斜撐），最大剪應(yīng)力比為0.68（提升梁），桿件應(yīng)力比均小于1，滿(mǎn)足要求；最大綜合變形為8 mm，頂部水平位移最大為6 mm（考慮風(fēng)荷載作用），最大豎向位移5 mm，支架高度取1 800 mm，水平位移與支架高度之比為1/300＜1/120；最小屈曲系數(shù)為11＞1，滿(mǎn)足要求（圖9）。

3.6 提升施工

3.6.1 提升流程

利用液壓同步提升系統(tǒng)將8層～屋面層的整體鋼結(jié)構(gòu)提升單元提升到一定高度后暫停提升，下方3、5、7層鋼連廊在下方疊拼成型，再采用串吊方式一起提升。待提升系統(tǒng)將下方3層鋼連廊從下往上分層依次提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高并與預(yù)裝段牛腿對(duì)接后，再繼續(xù)將8層～屋面層的整體鋼結(jié)構(gòu)提升單元提升至屋面設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝位置就位，與預(yù)埋鋼牛腿對(duì)接安裝。具體施工流程如下：

1）在結(jié)構(gòu)勁性柱頂層預(yù)埋牛腿上設(shè)置提升支架8組；在提升支架上安裝并固定液壓提升器，同時(shí)安裝液壓泵源、管路系統(tǒng)和傳感器等其他同步提升系統(tǒng)設(shè)備。

2）在鋼結(jié)構(gòu)安裝位置投影面正下方－0.05 m的車(chē)庫(kù)頂板上，將8層～屋面層拼裝成整體鋼結(jié)構(gòu)提升單元，在吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置安裝臨時(shí)吊具、臨時(shí)豎向加固桿等。

3）安裝鋼絞線將吊具與支架上的液壓提升器連接，啟動(dòng)液壓提升控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，檢查提升系統(tǒng)各部件的動(dòng)作、轉(zhuǎn)向和靈敏性等技術(shù)狀態(tài)，經(jīng)調(diào)試檢查正常后的液壓提升控制系統(tǒng)進(jìn)行空載試車(chē)。

4）經(jīng)調(diào)試和空載試車(chē)確認(rèn)無(wú)誤后的液壓提升控制系統(tǒng)，按照設(shè)計(jì)或施工方案的荷載要求，以20%、40%、60%、80%、100%的順序分級(jí)加載，直到鋼結(jié)構(gòu)提升單元脫離拼裝支架時(shí)暫停提升，將鋼結(jié)構(gòu)提升單元調(diào)整至水平姿態(tài)后繼續(xù)提升至離地約150 mm懸停并靜置12 h。

5）懸停期間對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提升單元、主體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)、提升支架和液壓同步提升系統(tǒng)的性能等進(jìn)行全面檢查和檢測(cè)，檢驗(yàn)合格后方可正式提升。

6）將提升單元正式提升至離地3.5 m，下方拼裝7層鋼連廊，用鋼絲繩將鋼結(jié)構(gòu)整體提升單元與拼裝后的7層鋼連廊連接；繼續(xù)向上提升3.5 m，地面拼裝5層鋼連廊，用鋼絲繩將拼裝后的5層鋼連廊和7層鋼連廊連接；繼續(xù)向上提升3.5 m，地面拼裝3層鋼連廊，用鋼絲繩將拼裝后的3層鋼連廊和5層鋼連廊連接。

7）提升至3層鋼連廊設(shè)計(jì)標(biāo)高，完成3層鋼連廊與預(yù)埋牛腿的安裝對(duì)接；繼續(xù)提升至5層鋼連廊設(shè)計(jì)標(biāo)高，完成5層鋼連廊與預(yù)埋牛腿的安裝對(duì)接；繼續(xù)提升至7層鋼連廊設(shè)計(jì)標(biāo)高，完成7層鋼連廊與預(yù)埋牛腿的安裝對(duì)接。

8）繼續(xù)提升8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)提升單元至接近屋面設(shè)計(jì)標(biāo)高后暫停提升，對(duì)提升單元的標(biāo)高和平面位置進(jìn)行校對(duì)和調(diào)整后，繼續(xù)低速提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高后停止提升，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)“微調(diào)、點(diǎn)動(dòng)”功能將提升單元調(diào)整至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)安裝要求后進(jìn)行臨時(shí)固定，并鎖住提升器。

9）將就位并固定后的8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)提升單元的各對(duì)接梁，與對(duì)應(yīng)位置的預(yù)埋牛腿進(jìn)行焊接安裝，完成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。

10）完成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的鋼結(jié)構(gòu)提升單元按規(guī)定檢測(cè)合格后，分批分級(jí)順序卸載各吊點(diǎn)，完成鋼結(jié)構(gòu)荷載的轉(zhuǎn)換并達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。拆除液壓提升設(shè)備、提升支架和臨時(shí)加固桿，鋼結(jié)構(gòu)提升及安裝作業(yè)完成。

3.6.2 提升過(guò)程受力分析

提升過(guò)程中的最不利狀態(tài)為工況2，即3、5、7層鋼連廊與8層～屋面層整體鋼結(jié)構(gòu)串吊并共同提升時(shí)，該工況下吊點(diǎn)受力最大，各提升支架所承受的荷載最大。

采用Midas有限元軟件進(jìn)行分析，此工況下最大荷載為D06吊點(diǎn)的759.7 kN，最小荷載為D05吊點(diǎn)的544.3 kN。用吊點(diǎn)反力作為集中荷載施加到各吊點(diǎn)，驗(yàn)算混凝土框架結(jié)構(gòu)的受力及變形。有限元分析結(jié)果表明（圖10），兩側(cè)框架結(jié)構(gòu)在提升過(guò)程中產(chǎn)生最大側(cè)向位移為10.61 mm，在建筑物3H/10 000的范圍之內(nèi)，滿(mǎn)足要求，框架結(jié)構(gòu)與提升支架連接點(diǎn)處最大位移發(fā)生在提升架處，為23.61 mm?；炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)應(yīng)力比值均在0.24以下，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖9 提升支架受力變形分析示意

圖10 提升吊點(diǎn)受力示意

3.6.3 液壓提升系統(tǒng)控制要點(diǎn)

大型鋼結(jié)構(gòu)安裝采用液壓整體提升技術(shù)時(shí)，做到了經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、保證質(zhì)量。在整個(gè)提升過(guò)程中，液壓提升控制系統(tǒng)應(yīng)注意以下控制要點(diǎn)：

1）提升控制系統(tǒng)配置的多臺(tái)液壓提升器型號(hào)規(guī)格、提升速度和提升能力等技術(shù)參數(shù)應(yīng)保持一致，且與各吊點(diǎn)的提升荷載相匹配，滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)。

2）液壓整體提升系統(tǒng)應(yīng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，并采用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與傳感器信號(hào)互聯(lián)，以保證將各提升點(diǎn)動(dòng)作和位移的同步性控制在±20 mm以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)荷載的均衡控制。

3）計(jì)算機(jī)控制的液壓提升系統(tǒng)安裝完成后，必須對(duì)各部件、設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、空載試車(chē)和負(fù)載試驗(yàn)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的工況要求并經(jīng)驗(yàn)收后方可進(jìn)行正式提升作業(yè)。

4）提升作業(yè)加載和卸載時(shí)應(yīng)分批分級(jí)進(jìn)行，在加載過(guò)程中，應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提升單元、提升支架等進(jìn)行觀測(cè)，無(wú)異常情況方可繼續(xù)加載。卸載時(shí)需驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的不同步效應(yīng)以確定合理的卸載順序。

5）當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)提升單元達(dá)到設(shè)計(jì)位置后，應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)固定，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，當(dāng)有多個(gè)部位需要轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)按順序?qū)﹃P(guān)鍵部位先行轉(zhuǎn)換。

3.7 安全措施

1）大型鋼結(jié)構(gòu)的整體提升，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工工況編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，當(dāng)提升荷載大于規(guī)定時(shí)，編制的方案需要經(jīng)過(guò)組織專(zhuān)家論證通過(guò)后方可實(shí)施。施工作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格按照施工方案的作業(yè)流程進(jìn)行實(shí)施。

2）液壓提升設(shè)備、提升支架進(jìn)場(chǎng)時(shí)，必須提供設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)、產(chǎn)品合格證等技術(shù)資料，并按照規(guī)范規(guī)定要求進(jìn)行檢測(cè)和進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，合格后方可使用，確保提升吊裝安全。

3）應(yīng)根據(jù)氣象預(yù)報(bào)選擇在溫度、風(fēng)力等各項(xiàng)氣象指標(biāo)符合規(guī)定要求的時(shí)段進(jìn)行提升，當(dāng)風(fēng)速超限制時(shí)，應(yīng)采取防風(fēng)措施，6級(jí)以上大風(fēng)和雨雪天氣不得進(jìn)行提升作業(yè)。

4）正式提升前，采用離地懸停一定高度的方式進(jìn)行試提升，懸停期間需對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提升單元、主體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)、提升支架和液壓同步提升系統(tǒng)的性能等進(jìn)行全面檢查和檢測(cè)，檢驗(yàn)合格后方可正式提升。

5）提升作業(yè)時(shí)，需在提升支架、鋼梁連接處搭設(shè)穩(wěn)固的過(guò)道或操作平臺(tái)，以備在設(shè)備檢修調(diào)試、提升狀態(tài)檢查和焊接施工時(shí)提供安全的登高作業(yè)防護(hù)設(shè)施。

6）提升作業(yè)過(guò)程中，必須派專(zhuān)人對(duì)提升通道進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。當(dāng)提升通道出現(xiàn)障礙物時(shí)應(yīng)停止提升，采取措施清除障礙物后方可繼續(xù)提升。

7）提升過(guò)程中，應(yīng)對(duì)各提升點(diǎn)的高差、荷載進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)荷載和高差超差時(shí)，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整或停止提升，查清原因，排除故障后方可恢復(fù)提升。

8）做好突然停電、意外事故、惡劣天氣時(shí)停機(jī)，以及提升過(guò)程中可能發(fā)生故障的提升設(shè)備及控制系統(tǒng)的各種應(yīng)急處置預(yù)案和措施。提升過(guò)程中不斷加強(qiáng)安全巡視并做好各種安全信息反饋[3-4]。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程商業(yè)辦公樓大型大跨度異形桁架式鋼結(jié)構(gòu)采用液壓整體提升技術(shù)，提升設(shè)備和控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作方便靈活。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、安裝方案的優(yōu)化，使得大量拼裝焊接工作在地下室頂板上完成，減少了高空作業(yè)的工作量，提高了大型鋼結(jié)構(gòu)拼裝精度和安裝質(zhì)量，提高了作業(yè)效率，縮短了工期，確保了施工過(guò)程的安全，同時(shí)也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。