高層建筑中上下相鄰雙層大跨度鋼桁架施工技術

邱經緯

上海陸家嘴金融貿易區(qū)開發(fā)股份有限公司 上海 200126

隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，大型高層、超高層建筑越來越多地出現在我們的視野中，其中鋼結構以其強度高、質量輕、整體剛性好等諸多優(yōu)點而被大量應用[1-5]。

目前，鋼結構在高層、超高層建筑上的運用日益成熟，逐漸成為主流的建筑結構，而鋼結構建筑在兼顧經濟實用的同時也向著造型美觀獨特等方向發(fā)展，其中大跨度桁架是比較有代表性的一種結構形式。

現在大跨度桁架的應用越來越多[6-9]，但以單層桁架為主。上下相鄰雙層大跨度鋼桁架施工工況復雜，施工難度較大，在建筑中應用較少。

本文針對項目結構現狀，采用了上下雙層桁架支撐轉換的施工工藝，有效解決了1層混凝土樓板承載力不能滿足雙層桁架荷載的施工難題，為后續(xù)類似工程總結出一套切實可行的施工工藝。

1 工程概況

前灘10-01地塊（辦公及住宅）項目位于上海市浦東新區(qū)Z000801單元，東至文騰路，南至泳耀路及東方體育中心，西至文樂路，北至林耀路（規(guī)劃）及在建的05-02地塊工程?？傆玫孛娣e約15 280 m2，總建筑面積約102 297.7 m2，其中地上建筑面積約61 447 m2，地下建筑面積約40 850.7 m2。

本項目由1#樓（9層辦公）、2#樓（8層綜合體）、3#樓（14～15層住宅）、4#樓和7#樓（1層街坊電站/商業(yè)）、5#樓（15層住宅）、6#樓（12～15層住宅）、8#樓（6～15層住宅）及地下3層的地下室組成。

本文敘述的上下雙層大跨度桁架分布于2#樓，2#樓結構形式為鋼筋混凝土框架＋鋼框架＋鋼桁架轉換結構，最大板厚為40 mm，材質為Q345B、Q345GJB、Q420GJB。本項目2#樓結構效果如圖1所示。

圖1 項目2#樓結構效果

2 上下相鄰雙層桁架結構特點及施工難題

2.1 上下相鄰雙層桁架結構特點

本項目大跨度鋼桁架共上下2層，分布于2#樓3夾層—4層和6—7層（中間的第5層為架空層），桁架最大跨度為38.8 m。雙層桁架結構立面如圖2所示。

圖2 雙層桁架結構立面

3夾層—4層存在6片桁架，6—7層存在11片桁架，共計17片桁架。桁架分為上弦桿、下弦桿、斜腹桿三部分，全部由焊接H型鋼構件組成。

2.2 上下相鄰雙層桁架施工難點

1）桁架分段，高空散裝。受限于構件運輸超限、塔吊起重能力、現場場地狹小等因素，現場只能采用桁架下方布設支撐，分段高空拼裝、焊接的方法進行安裝。

2）1層混凝土樓板存在高差。3夾層—4層桁架下方為多功能劇場，因功能劃分為主臺、側臺、觀眾席、樂池等，故1層樓板標高存在多處高差，影響3夾層—4層桁架支撐布設。

3）1層樓板不能滿足桁架安裝荷載要求。經計算，3夾層—4層桁架安裝完成后，1層樓板及部分鋼筋混凝土梁應力比最大達到0.9，雖滿足要求，但安全系數較低；如在此基礎上繼續(xù)安裝6—7層桁架，1層樓板及混凝土梁將不能滿足要求，存在極大的安全隱患。

3 施工工藝和方法

3.1 鋼桁架分段及支撐

本項目計劃采用散件吊裝、高空拼接、焊接的方式安裝，鋼桁架的分段合理性尤為重要。本項目桁架分段時重點考慮構件運輸、塔吊起重能力、下部支撐布設位置等多方因素，具體分段如圖3所示。

圖3 桁架分段示意（單位：t）

桁架安裝采用格構式胎架作為高空散拼支撐，主要用于下弦桿件拼接支撐。為保證胎架穩(wěn)定以及滿足承載力要求，每組胎架頂底設置轉換梁。轉換梁采用HW400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼。胎架底座下部放置厚20 mm鋼板，將荷載均勻傳遞至樓板。

胎架頂部工裝由H型鋼組成。胎架頂部設置轉換梁，豎向采用截面為HW400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼調整標高。距桁架下弦底部40 cm處設置橫梁，用于卸載時放置千斤頂。頂部工裝如圖4所示。

圖4 頂部工裝

3.2 1層混凝土樓板高差解決措施

3夾層—4層桁架下部支撐布置在1層混凝土樓板及混凝土梁上，根據1層樓板各處標高高差布設H型鋼轉換工裝，消除樓板高差，使支撐底部轉換橫梁保持水平且穩(wěn)定受力，同時考慮混凝土梁柱位置，減小安裝荷載對樓板的影響，具體如圖5所示。

圖5 樓板高差消除措施

3.3 上下相鄰雙層桁架安裝解決措施

經計算，1層混凝土樓板及部分混凝土梁不能滿足雙層桁架安裝荷載要求。根據計算結果，在3夾層—4層桁架范圍內對1層樓板進行局部支撐加固，待3夾層—4層桁架卸載完成后拆除加固支撐。

因1層樓板不能滿足6—7層桁架荷載要求，故在6—7層桁架安裝前將支撐進行轉換，優(yōu)先將3夾層—4層桁架底部支撐卸載，在3夾層—4層桁架上弦桿上布設支撐，使荷載加載至已安裝完成的3夾層—4層桁架上，不傳遞至1層樓板。因6—7層桁架安裝最大應力位于桁架兩側柱截面處，故6—7層桁架卸載前土建需完成桁架范圍內鋼骨柱混凝土澆筑，并達到設計強度。同時，為減少3夾層—4層桁架荷載，4層樓板混凝土待6—7層桁架安裝完成后再澆筑，以確保結構安全。6—7層桁架支撐布設如圖6所示。

圖6 6—7層桁架支撐布設

3.4 上下相鄰雙層桁架安裝精度控制措施

本項目設計要求預拱值為1/800，經計算，相應桁架施工階段下?lián)辖孕∮谠O計預拱值，故桁架制作拼裝時采用設計預拱值進行設置。同時本工程桁架采用分段吊裝，考慮分段后的彎曲矢高較小，將桿件在制作廠分段起拱，現場通過在原有基礎上抬高胎架頂點支承面標高處理。

卸載過程中，應對桁架下?lián)线M行全過程觀測。在桁架上弦及下弦桿跨中、1/4跨設置多處測量觀測點。桁架每隔1 h進行一次6 mm的卸載，每次卸載時進行2次觀測記錄，間隔30 min。觀測過程中需對每個觀測點進行記錄，最終卸載后的下?lián)现敌枧c模擬計算值進行對比，并報送設計單位復核。

4 上下相鄰雙層桁架安裝工藝流程

4.1 2#樓鋼結構平面分區(qū)

2#樓桁架根據結構概況分為A、B兩個區(qū)，具體如圖7所示。

圖7 2#樓桁架分區(qū)

4.2 2#樓鋼桁架安裝流程

2#樓鋼桁架總體安裝流程為：2—3層A區(qū)鋼結構安裝→3夾層—4層A區(qū)鋼結構安裝→3夾層—4層B區(qū)鋼結構桁架安裝→5—7層A區(qū)鋼結構安裝，5—7層B區(qū)鋼結構桁架安裝→8—9層A、B區(qū)安裝（封頂）。

4.3 2#樓鋼桁架施工工藝

1）2—3層A區(qū)外圍鋼結構安裝、焊接；土建施工1—2層，同時1層樓板支撐區(qū)域加固（圖8）。

圖8 2＃樓施工工藝步驟一

2）3夾層—4層A區(qū)外圍鋼結構安裝、焊接，B區(qū)桁架胎架安裝；土建施工2—3層，桁架安裝前完成勁性柱混凝土澆筑并達到強度（圖9）。

圖9 2＃樓施工工藝步驟二

3）3夾層—4層B區(qū)內側鋼結構桁架安裝、焊接，土建施工3—3夾層；桁架安裝過程中單榀主桁架安裝順序為下弦桿、腹桿、上弦桿，隨后安裝次桁架及水平支撐。過程中加強精度監(jiān)控（圖10）。

圖10 2＃樓施工工藝步驟三

4）5—7層A區(qū)外圍鋼結構、B區(qū)6—7層桁架支撐安裝。支撐設置在4層桁架上弦桿上表面（標高17.10 m），為保證支撐的穩(wěn)固性，設置斜撐與桁架上弦和轉換梁連接。安裝6—7層桁架前，需先將3夾層—4層桁架下部支撐卸載，使已安裝完成的3夾層—4層桁架受力，保證荷載不傳遞至1層樓板（圖11）。

圖11 2＃樓施工工藝步驟四

5）6—7層桁架安裝、焊接，土建施工至5—6層，桁架安裝前完成勁性柱混凝土澆筑并達到相應的強度；桁架安裝過程中先安裝主桁架，隨后安裝次桁架及水平支撐，單榀主桁架安裝順序為下弦桿、直腹桿、上弦桿、斜腹桿（圖12）。

圖12 2＃樓施工工藝步驟五

6）6—7層桁架下部支撐卸載拆除，8—9層A、B區(qū)（封頂）剩余鋼結構桁架安裝，土建施工流水跟進至結構完成（圖13）。

圖13 2＃樓施工工藝步驟六

4.4 2#樓鋼桁架卸載工藝

4.4.1 卸載流程

經計算，3夾層—4層桁架安裝完成后，部分鋼筋混凝土梁應力比較大，雖滿足要求，但安全系數較低?，F需在3夾層—4層桁架安裝完成后及時進行胎架卸載，避免因安裝上部桁架荷載過大導致部分混凝土梁應力比超出規(guī)范，造成安全隱患。

根據計算結果，胎架卸載總體思路為先卸載3夾層—4層胎架，后安裝6—7層桁架。

4.4.2 桁架卸載

支撐胎架頂部采用50 t液壓千斤頂作為卸載措施，在胎架上支撐短柱頂部設置厚6 mm墊片，因最大下?lián)蠟?0 mm，故每組胎架頂部設置5片墊片，墊片進行同步抽除卸載。通過對講機統(tǒng)一指令，人工操作液壓千斤頂實現同步卸載。每次卸載位移量為6 mm，每次卸載時間間隔大于0.5 h。

分階段對短柱頂部厚6 mm墊板進行抽除，實現上部結構緩緩改變位移的目的，并在卸載過程中加大位移監(jiān)測，直至桁架完成卸載后整體受力。卸載完成后，使用塔吊將標準胎架及措施胎架轉運出場。

多人同步卸載過程控制難度大，為保證卸載過程的同步，需充分利用在構件安裝過程中于每處胎架支撐處設置的50 t液壓千斤頂。卸載過程中，在胎架頂部的橫梁間搭設操作跳板并與胎架進行綁扎固定。操作跳板為施工人員提供卸載操作的站位空間。

5 鋼桁架防腐、防火工藝

1）鋼桁架經現場高空拼裝、焊接完成后，對對接焊縫區(qū)域進行打磨除銹，先對此區(qū)域表面噴涂2道環(huán)氧富鋅底漆，厚度100 μm，待底漆干后，再噴涂2道環(huán)氧富鋅中間漆，厚度為80 μm。

2）對施工現場的桁架對接口焊縫進行手工防腐處理，清除鋼桁架表面上的塵土、污垢等，然后再進行防火涂料噴漆。

6 結語

現在的建筑多為多功能綜合性建筑，如后續(xù)高層建筑有功能、結構、造型等特殊的要求，可以設計為上下相鄰雙層大跨度鋼桁架結構，不僅可滿足建筑功能要求，而且整體外觀視覺美觀，在整體建筑結構方面也能發(fā)揮其特有的性能。相比傳統(tǒng)的結構設計，雙層大跨度桁架具有結構受力合理、鋼結構桁架占用空間小、建筑有效面積提高等優(yōu)勢。

本項目闡述的施工方法和措施有效解決了上下相鄰雙層大跨度鋼桁架結構施工過程中遇到的難題，且質量均能滿足相關設計、規(guī)范要求，消除了結構安全隱患。同時，鋼桁架結構屬于可再利用資源，有較大的發(fā)展空間，可為社會和企業(yè)實現更大的經濟效益。