在既有建筑群中安裝大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)雨篷的工藝研究

李冀清

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海市斜土路街道107街坊商辦樓為大型城市綜合體項(xiàng)目，為更好地利用空間，工程設(shè)計(jì)欲在幾棟建筑樓之間及屋頂平臺(tái)上分別搭建2個(gè)鋼結(jié)構(gòu)雨篷，以將現(xiàn)有的空地開發(fā)生成商業(yè)用地。鋼結(jié)構(gòu)雨篷項(xiàng)目有2個(gè)單體，即中心雨篷和婚禮雨篷。雨篷結(jié)構(gòu)形式為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼桿件為焊接矩形管，材質(zhì)為Q345B。

1.1 中心雨篷

中心雨篷位于項(xiàng)目1#、2#、5#商業(yè)樓和西塔樓之間，施工作業(yè)場(chǎng)地狹窄，周邊塔吊已經(jīng)拆除，現(xiàn)場(chǎng)情況比較復(fù)雜，給本工程的結(jié)構(gòu)安裝帶來很大困難。網(wǎng)殼單元為菱形，檐高24 m，平面尺寸約46 m×53 m，總用鋼量約500 t。支承網(wǎng)架結(jié)構(gòu)雨篷的為樹枝造型的鋼柱子，鋼柱子分為一級(jí)柱、二級(jí)柱和三級(jí)柱，柱子采用截面尺寸分別為φ1 117 mm×40 mm、φ610 mm×35 mm和φ406 mm×22 mm的鋼管柱，分叉節(jié)點(diǎn)為鑄鋼件，三級(jí)柱網(wǎng)殼是鉸接節(jié)點(diǎn)。柱子節(jié)點(diǎn)和整個(gè)結(jié)構(gòu)模型見圖1、圖2。

1.2 婚禮雨篷

圖1 柱分支點(diǎn)示意

圖2 中心雨篷模型

婚禮雨篷位于5#商業(yè)樓樓頂，樓頂標(biāo)高15.50 m，周邊塔吊已拆除，雨篷投影下方有電梯機(jī)房等錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。雨篷網(wǎng)殼為正六邊形單元，檐高約為13 m（相對(duì)于樓頂），平面尺寸為15 m×28 m，總用鋼量約75 t。柱子為φ550 mm×14 mm（內(nèi)灌C30混凝土）的鋼管混凝土柱，網(wǎng)殼邊梁截面為□350 mm×150 mm×12 mm×16 mm，網(wǎng)殼單元截面為□350 mm×150 mm×6 mm×12 mm，屋頂網(wǎng)殼通過盆式橡膠支座與柱子相連?；槎Y雨篷的網(wǎng)殼模型如圖3所示。

圖3 婚禮雨篷三維模型

2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)分析

1）網(wǎng)殼為焊接箱型截面，交叉節(jié)點(diǎn)為焊接節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)焊接量較大，對(duì)焊接質(zhì)量控制要求較高；

2）現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹窄，塔吊已經(jīng)拆除，不能設(shè)置大型吊車，需考慮地面拼裝、液壓整體提升的方法；

3）樹狀分叉柱空間定位難，需較高的測(cè)量精度；

4）網(wǎng)殼呈平面狀，但立面有直線坡度和曲線坡度，現(xiàn)場(chǎng)拼接難度較大；

5）中心雨篷有鑄鋼節(jié)點(diǎn)，鑄鋼構(gòu)件對(duì)制作工藝和安裝精度要求較高；

6）婚禮雨篷有盆式橡膠支座，安裝工藝要求較高[1]。

3 施工技術(shù)路線

1）根據(jù)中心雨篷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，綜合考慮工期、成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)雨篷的安裝實(shí)行地面拼裝、液壓整體提升的施工技術(shù)路線。具體為在中心雨篷4個(gè)角區(qū)域架設(shè)8個(gè)提升點(diǎn)，每個(gè)提升點(diǎn)處立2根格構(gòu)柱，上面搭設(shè)提升梁，采用液壓千斤頂進(jìn)行整體提升。

2）根據(jù)婚禮雨篷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采取地面拼裝，用500 kN的汽車吊吊至樓面，再用獨(dú)角桅桿分塊吊裝的技術(shù)路線。

3）施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置。構(gòu)件運(yùn)輸從1#門或6#門進(jìn)場(chǎng)，沿施工道路運(yùn)輸至施工區(qū)域，由于場(chǎng)地狹窄，為避免二次倒運(yùn)，構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)順序和數(shù)量能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工速度即可，少量構(gòu)件在施工區(qū)域靠邊放置，不再設(shè)大的臨時(shí)構(gòu)件堆場(chǎng)，卸車用250 kN汽車吊，中心雨篷拼裝用250 kN汽車吊，婚禮雨篷用500 kN汽車吊把構(gòu)件倒運(yùn)到5#商業(yè)樓樓頂，再用獨(dú)角桅桿分塊吊裝（圖4）。

4）中心雨篷分段。根據(jù)本工程鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件，單根構(gòu)件長(zhǎng)度不能超過8 m，否則將導(dǎo)致運(yùn)輸困難。一級(jí)鋼柱分為2段，網(wǎng)殼按照設(shè)計(jì)要求的網(wǎng)殼單元經(jīng)工廠加工后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝。中心雨篷網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)布置見圖5。

5）婚禮雨篷分段。婚禮雨篷位于5#商業(yè)樓樓頂，部分鋼柱分為2段加工并運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，拼裝成整體后吊裝；縱向邊梁分為4段加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼裝成2段吊裝；網(wǎng)殼沿縱向分成10條，每條長(zhǎng)約14.50 m，寬約2.80 m，分成2段加工并運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，拼接成條后吊裝。婚禮雨篷網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)布置和分段位置如圖6所示。

圖4 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置示意

圖5 中心雨篷網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)布置示意

圖6 婚禮雨篷網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)布置示意

6）鋼結(jié)構(gòu)施工流程：

（1）中心雨篷構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)順序按照雨篷拼裝順序，總的施工流程為：安裝4根鋼柱SZ-1→布置胎架對(duì)中心雨篷進(jìn)行拼裝，同時(shí)搭設(shè)提升架→進(jìn)行液壓提升→散裝鋼柱SZ-2、SZ-3→拆除提升架。

（2）婚禮雨篷沿縱向分為10條，每條質(zhì)量約5 t，用500 kN汽車吊把構(gòu)件倒運(yùn)到5#商業(yè)樓樓頂后，用獨(dú)角桅桿吊裝，先吊裝柱子和邊梁，然后沿縱向進(jìn)行安裝，總的施工流程為：用汽車吊吊裝鋼柱→汽車吊把構(gòu)件倒運(yùn)到樓上，用桅桿吊裝其他柱子和臨時(shí)支撐→安裝盆式橡膠支座，吊裝鋼邊梁BL-1-1和BL-2-1→吊裝鋼邊梁BL-1-2和BL-2-2→用桅桿吊裝網(wǎng)殼單元HL-1→按照順序逐條安裝HL-2至HL-10，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝[2]。

4 雨篷的拼裝

由于5#和10#軸線上的鋼柱1和雨篷上的鋼梁在整體提升時(shí)有沖突，故拼裝時(shí)省去該鋼梁，并在該鋼梁附近用型鋼加固，整體提升到位后再補(bǔ)缺。雨篷的拼裝方向見圖5。

4.1 拼裝胎架的制作及布置

拼裝胎架選用常用高頻的型鋼，調(diào)節(jié)塊用厚20 mm的鋼板，擬定起始拼裝時(shí)，主梁底部標(biāo)高為0.80 m，滿足仰焊的要求。拼裝時(shí)采取主梁分段，兩端架設(shè)胎架完成對(duì)接拼裝，次梁上緣焊接碼板，便于主次梁焊接的拼裝方法。主梁分段及胎架布置為：主梁按每8 m分成1段，距主梁兩端約1 m處布置胎架（圖7）。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，圖8所示的中心圓點(diǎn)處需設(shè)置預(yù)拱度為120 mm，且在半徑為14.30 m內(nèi)的預(yù)拱度成漸變關(guān)系，在半徑14.30 m處的預(yù)拱度為0 mm。

圖7 拼裝胎架示意

圖8 預(yù)拱度設(shè)置

4.2 提升架的設(shè)計(jì)

雨篷的總質(zhì)量約為500 t，設(shè)置8個(gè)提升點(diǎn)，選用8臺(tái)1 000 kN的液壓提升千斤頂，每個(gè)提升點(diǎn)處搭設(shè)2個(gè)格構(gòu)式提升架，考慮到提升時(shí)的整體穩(wěn)定性及提升架搭設(shè)對(duì)三級(jí)柱安裝的影響，故提升架布置如圖9所示。

8個(gè)提升點(diǎn)對(duì)應(yīng)8只吊耳，吊耳與主箱型梁上翼緣焊接，吊耳材質(zhì)為Q345B，提升液壓系統(tǒng)安裝完畢后，豎直投影至桁架上弦的地方即為吊耳位置。以此保證提升過程中提升油缸不產(chǎn)生偏心力（圖10）。

5 鋼柱吊裝

本工程鋼柱最長(zhǎng)10 m，分為2段加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼接后吊裝。鋼柱質(zhì)量約2 t，用吊車吊到樓頂后用獨(dú)角桅桿吊裝。獨(dú)角桅桿長(zhǎng)15 m，設(shè)計(jì)起重量6 t，用φ609 mm×12 mm的鋼管制作，材質(zhì)為Q235。

圖9 提升架布置

圖10 拼裝好雨篷后開始整體提升

二級(jí)、三級(jí)鋼柱為樹枝狀，可在雨篷提升到位后，在雨篷鋼梁上布置錨點(diǎn)，用手拉葫蘆或卷揚(yáng)機(jī)吊裝。待二級(jí)、三級(jí)鋼柱安裝好之后，對(duì)雨篷上缺少的桿件進(jìn)行補(bǔ)缺，割除加固桿件，所有焊接工作完成后，進(jìn)行超聲波無損探傷，焊縫合格后進(jìn)行卸載，卸載過程中對(duì)雨篷變形進(jìn)行過程監(jiān)測(cè)。

本工程鋼柱長(zhǎng)度雖然較小，但是柱子為鋼管混凝土柱，鋼柱安裝后柱芯要澆筑混凝土，鋼柱為懸臂狀態(tài)，沒有與鋼梁連接形成穩(wěn)定的框架，安裝時(shí)必須考慮混凝土振搗對(duì)鋼柱產(chǎn)生的水平位移，所以安裝時(shí)在柱頂拉纜風(fēng)繩將鋼柱頂端固定，以減小變形、增加穩(wěn)定[3]。

6 結(jié)語

根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定對(duì)網(wǎng)架采用拼裝提升的施工技術(shù)，制訂了跨內(nèi)拼裝、同步整體提升的施工工藝，解決了施工周邊環(huán)境復(fù)雜等問題，同時(shí)也解決了空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝難題，使整個(gè)施工過程順利完成，不僅節(jié)約了大量的措施費(fèi)用，而且取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為類似工程提供了借鑒。