大跨度臨時(shí)施工平臺(tái)設(shè)計(jì)及液壓整體同步下降施工技術(shù)*

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程概況

上海金虹橋國際中心主樓為一幢29層的門式標(biāo)志性甲級寫字樓，建筑總高度148 m。其22～29層連體層部分為多層片狀形式，中間無豎向構(gòu)件，南北向跨度25.5 m，東西向長度42 m，形成了每層千余平方米平面的大空間，連體層高度為99.3～134.6 m。共8 層的空中連廊將南北塔樓連為一體，形成了獨(dú)特的門式造型（圖1）。

因建筑造型及幕墻清潔的需要，在連體層部分底部還設(shè)計(jì)有裝飾性的鋁板以及擦窗機(jī)吊軌，對構(gòu)件安裝精度要求高，施工難度大。

根據(jù)施工實(shí)際，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目8層的連體鋼結(jié)構(gòu)采用了液壓同步整體提升施工工藝，從上至下，以每2層為一單元，即29/28層、27/26層、25/24層、23/22層，共分4 個(gè)單元依次提升。

圖1 項(xiàng)目外觀效果圖

2 臨時(shí)施工平臺(tái)方案

為滿足幕墻鋁板及擦窗機(jī)吊軌施工作業(yè)要求，需在連廊22層底部即標(biāo)高99.3 m處設(shè)置臨時(shí)施工平臺(tái)，可采用吊籃、吊腳手架及鋼平臺(tái)3 種方案?？紤]到現(xiàn)場百米高空的施工安全及擦窗機(jī)軌道安裝精度要求，最終選定采用臨時(shí)鋼平臺(tái)方案。

該方案為將臨時(shí)鋼平臺(tái)與建筑的連體結(jié)構(gòu)第4單元（即23/22層）一起整體提升至樓層標(biāo)高，待建筑結(jié)構(gòu)形成整體并完成底部裝修后，臨時(shí)鋼平臺(tái)與連體結(jié)構(gòu)分離并下降至地面。

各階段施工工況分析如下[1-3]：

（a）地面拼裝工況：臨時(shí)鋼平臺(tái)通過系桿與第4單元（22/23層）鋼結(jié)構(gòu)連體層地面拼裝成整體，形成完整的提升單元。

（b）提升工況：提升單元整體同步提升到位，臨時(shí)平臺(tái)通過層間系桿實(shí)現(xiàn)提升。

（c）空中擱置工況：22/23層鋼結(jié)構(gòu)連體層在提升到位后與塔樓牛腿連接，形成永久結(jié)構(gòu)。臨時(shí)平臺(tái)則通過層間系桿吊在22層主結(jié)構(gòu)下方，呈空中擱置狀態(tài)。

（d）裝修施工工況：吊頂及擦窗機(jī)在臨時(shí)平臺(tái)上施工。

（e）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換及下降工況：待22層下部裝飾及設(shè)備安裝完成，臨時(shí)平臺(tái)的兩側(cè)吊點(diǎn)受力并拆除與22層結(jié)構(gòu)的層間系桿，完成臨時(shí)平臺(tái)受力轉(zhuǎn)換。通過提升器將臨時(shí)鋼平臺(tái)同步下降至地面，完成整個(gè)施工過程。

3 臨時(shí)施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

臨時(shí)施工平臺(tái)南北向跨度25.5 m，東西向長度42 m，該平臺(tái)下降階段由兩側(cè)8 個(gè)吊點(diǎn)受力，在下降階段，其東、西兩側(cè)的懸臂長度達(dá)到8.1 m。

臨時(shí)施工平臺(tái)設(shè)計(jì)為平面桁架結(jié)構(gòu)，東西方向?yàn)橹麒旒堋⒛媳狈较驗(yàn)榇舞旒?，其中下降吊點(diǎn)位置的中間4 根受力縱桁架上下弦桿采用H450 mm×250 mm×8 mm×10 mm焊接，其余桁架的弦桿采用H450 mm×250 mm×6 mm×8 mm焊接，腹桿采用D159 mm×8 mm及D89 mm×4 mm熱軋無縫鋼管；平面次梁為H350型鋼，間距＜1 000 mm，垂直次梁方向上鋪木模板。吊桿采用D159 mm×8 mm無縫鋼管，與22層主體結(jié)構(gòu)鋼梁連接。臨時(shí)鋼平臺(tái)平面布置和模型如圖2、3所示。

3.1 典型工況結(jié)構(gòu)受力模擬

從臨時(shí)平臺(tái)各工況的受力情況看，第1～4工況，臨時(shí)鋼平臺(tái)與22/23層單元通過系桿連接，其中第4工況裝修階段臨時(shí)鋼平臺(tái)增加了施工荷載；至第5工況，臨時(shí)鋼平臺(tái)通過吊點(diǎn)受力并同步下降。在工程施工前對各工況進(jìn)行了模擬分析，其中第2、5兩個(gè)典型工況結(jié)構(gòu)受力模擬情況如下：

3.1.1 第2工況：結(jié)構(gòu)提升階段

臨時(shí)平臺(tái)通過系桿與22層主結(jié)構(gòu)連接，形成提升單元，整體同步提升到位（圖4）。

圖2 臨時(shí)平臺(tái)桁架布置平面

圖3 臨時(shí)平臺(tái)模型

圖4 提升工況恒載下變形值

在恒載作用下，懸挑位置跨中的變形較大，由圖4可知，最大撓度值為－13 mm。在風(fēng)載作用下，第4單元?jiǎng)偠容^好，變形較小，臨時(shí)平臺(tái)位置最大側(cè)向變形值為5 mm。經(jīng)過對結(jié)構(gòu)所有標(biāo)準(zhǔn)組合的分析比較，結(jié)構(gòu)在（恒載+風(fēng)）組合工況下的端部位移最大，位移值為－16 mm。由于結(jié)構(gòu)跨度達(dá)20 m，所以16/20 000＝1/1 250＜1/400，滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)桿件最大應(yīng)力比值為0.67，結(jié)構(gòu)有較大的大安全儲(chǔ)備，故設(shè)計(jì)安全可靠。

3.1.2 第5工況：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換及下降

待22層下部裝飾及設(shè)備安裝完成，通過提升器及臨時(shí)平臺(tái)的8 處吊點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)同步下降至地面，完成整個(gè)施工過程。在第5工況下，臨時(shí)鋼平臺(tái)上的所有吊桿均拆除，僅剩下8 個(gè)吊點(diǎn)為平臺(tái)結(jié)構(gòu)的主受力點(diǎn)，本狀態(tài)下僅考慮恒載作用和風(fēng)荷載作用（圖5、圖6 ）。

圖5 下降工況恒載下變形值

圖6 下降工況風(fēng)載下變形值

結(jié)構(gòu)在（恒載+風(fēng)）組合工況下的懸挑端部跨中位移相對最大，位移值為－42 mm，因結(jié)構(gòu)跨度20 m，所以42/20 000＝1/476＜1/400；滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)桿件最大應(yīng)力比值為0.56，結(jié)構(gòu)亦處于安全狀態(tài)。

4 臨時(shí)施工平臺(tái)整體下降中的施工控制措施

4.1 荷載均衡控制

在臨時(shí)平臺(tái)下降過程中，為了確保結(jié)構(gòu)安全，必須使各吊點(diǎn)在下降時(shí)的實(shí)際載荷與理論計(jì)算載荷相符，主要采用了荷載均衡的控制方法[4,5]。

我們在每一個(gè)提升吊點(diǎn)布置了1 個(gè)壓力傳感器，通過壓力傳感器反饋的壓力值，使中央控制單元可以實(shí)時(shí)采集各個(gè)提升吊點(diǎn)的載荷，從而可以得知各個(gè)提升吊點(diǎn)的載荷分配情況，并可以根據(jù)理想的載荷分配比例進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以保證下降載荷分配的正確性。

4.2 位移同步控制[6-8]

臨時(shí)平臺(tái)為平面桁架結(jié)構(gòu)，屬于單層片狀體系，整體抗變形能力較弱。提升過程中利用28 組系桿與主結(jié)構(gòu)連接，下降過程前將系桿拆除，再利用原有8 個(gè)提升吊點(diǎn)進(jìn)行下降。由于其前后過程中結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)變，因此，如何確保結(jié)構(gòu)受力安全成了下降工作的重點(diǎn)。

為此，我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段即對下降工況進(jìn)行模擬，得到下降過程中結(jié)構(gòu)不同步時(shí)的位移及應(yīng)力閥值，通過在閥值范圍內(nèi)進(jìn)行位移及應(yīng)力模擬，結(jié)果顯示，下降過程中的整體結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力的可變范圍較提升過程中的可變范圍大幅減小。因此，在下降過程中必須嚴(yán)格控制同步性，以確保整個(gè)片狀結(jié)構(gòu)的安全。

臨時(shí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換完成后，對各吊點(diǎn)的相對高差進(jìn)行復(fù)測，并對偏差較大的點(diǎn)位進(jìn)行微調(diào)，以使實(shí)際高差接近理論值的要求。

在對位移數(shù)據(jù)反饋過程中，采用了長行程傳感器來獲取“大”的絕對位移，使用實(shí)時(shí)性能較好的行程傳感器來獲取“小”的相對位移。2 種傳感器相互協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)了提升吊點(diǎn)的位移同步。

4.3 低速下降控制

在臨時(shí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)整體同步下降過程中，為確保結(jié)構(gòu)整體安全，必須嚴(yán)格控制下降速度。

本平臺(tái)下降速度控制在3～4 m/h以內(nèi)。下降過程中注意對各提升點(diǎn)標(biāo)高的監(jiān)測，一般下降20～30 m進(jìn)行一次同步性檢查，防止各提升吊點(diǎn)高差出現(xiàn)異常，以免導(dǎo)致內(nèi)力發(fā)生變化，影響結(jié)構(gòu)安全。

5 實(shí)施效果及總結(jié)

本工程臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)質(zhì)量近100 t，下降高度近100 m，且施工時(shí)間為春季大風(fēng)季節(jié)，下降過程中平臺(tái)的不定向擺動(dòng)又為施工增加了不少難度。通過合理的方案設(shè)計(jì)及施工組織，有效地解決了臨時(shí)平臺(tái)同步提升、構(gòu)件受力轉(zhuǎn)換以及同步下降等一系列問題，使得工程順利完成。