上海長(zhǎng)灘觀光風(fēng)塔施工關(guān)鍵技術(shù)

張偉德

(上海建工集團(tuán)股份有限公司,上海 200080)

上港十四區(qū)工程位于上海市寶山區(qū)的西北角,是上海市“一江一河”發(fā)展“十四五”規(guī)劃由東向西的起點(diǎn),G1501和滬通鐵路隧道自場(chǎng)地南側(cè)橫穿。上港十四區(qū)的整體轉(zhuǎn)型開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是寶山濱江發(fā)展帶老港區(qū)煥發(fā)新生機(jī)的一次產(chǎn)業(yè)布局大調(diào)整、城市空間的大釋放,也是目前上海地區(qū)進(jìn)行整體產(chǎn)業(yè)功能轉(zhuǎn)型的最大項(xiàng)目。利用其濱江港口區(qū)位優(yōu)勢(shì)、自然資源和工程條件優(yōu)勢(shì),逐漸從交通基礎(chǔ)性設(shè)施向城市復(fù)合型生活功能轉(zhuǎn)型,形成新的城市活力空間。其中觀光風(fēng)塔在基地東端,是整個(gè)區(qū)域的地標(biāo)建筑之一,也是整個(gè)濱江輪廓線的至高點(diǎn),其核心功能為G1501隧道浦西段出風(fēng)口兼具觀光作用。

1 工程概況

上港十四區(qū)項(xiàng)目用地面積28.6萬(wàn)m2,總建筑面積約147萬(wàn)m2,建筑單體近120棟。其中觀光風(fēng)塔項(xiàng)目建筑高度180 m,地下3層,地上18層,為一類高層建筑。其地下建筑面積745 m2,地上建筑面積8 986 m2。核心筒采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),沿核心筒高度方向布置3道懸挑鋼桁架,跳躍式分布12層懸挑鋼梁,幕墻鋼結(jié)構(gòu)采用三角形組成豎向網(wǎng)殼體系,幕墻由三角形單元幕墻系統(tǒng)、上箍出風(fēng)口百葉系統(tǒng)及下箍彎弧玻璃幕墻系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖1)[1]。

2 工程關(guān)鍵技術(shù)

2.1 液壓整體提升鋼平臺(tái)

本工程建筑高度180 m,核心筒外墻厚度有兩次收縮,B3F-4F核心筒墻體厚度600 mm,5F-13F核心筒墻體厚度500 mm,14F-屋面核心筒墻體厚度350 mm,此外在11F,13F核心筒部分墻體減少。為適應(yīng)以上核心筒墻體變化,我們調(diào)整了鋼平臺(tái)的具體布置節(jié)點(diǎn),采用可拆卸平臺(tái)梁、可滑動(dòng)內(nèi)外腳手、可移動(dòng)支撐及動(dòng)力系統(tǒng)等方式,既保證了鋼平臺(tái)的整體剛度,又便于高空調(diào)節(jié)墻厚及局部拆除。

2.2 幕墻網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)分段拼裝整體累積液壓提升懸掛

上海長(zhǎng)灘觀光塔要實(shí)現(xiàn)360度觀景效果,在塔身的3道桁架上分別懸掛最高達(dá)44 m長(zhǎng)的圓形鋼網(wǎng)架,下口安裝滑動(dòng)支座,為后續(xù)的玻璃幕墻做準(zhǔn)備。幕墻鋼結(jié)構(gòu)由不共面三角形單元空間擬合而成,在地面設(shè)置臺(tái)架分段拼裝,桁架層設(shè)置液壓提升系統(tǒng)逐漸提升,完成一段后進(jìn)行整體提升。該工藝安裝精度要求高,累計(jì)液壓整體提升過(guò)程中要防止3 mm以上誤差的產(chǎn)生,避免受力不均直接對(duì)塔身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。

2.3 曲面三向斜交網(wǎng)格體系玻璃幕墻單元板塊安裝

風(fēng)塔幕墻造型為圓形筒狀,按照層高4 m的高度設(shè)計(jì),幕墻總面積約15 000 m2。幕墻系統(tǒng)采用鋼結(jié)構(gòu)支撐的三角形單元式玻璃幕墻,標(biāo)準(zhǔn)三角形板塊底寬2 312 mm,高4 000 mm,面積4.6 m2,可以解決板塊間不共面的問(wèn)題。板塊安裝根據(jù)工況分別采用環(huán)軌吊、塔吊及地面汽車吊安裝[2]。

3 施工技術(shù)

3.1 液壓整體提升鋼平臺(tái)體系施工技術(shù)

3.1.1 液壓整體鋼平臺(tái)體系概述

根據(jù)觀光風(fēng)塔核心筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(見(jiàn)表1),采用了液壓整體鋼平臺(tái)體系進(jìn)行核心筒混凝土結(jié)構(gòu)施工。該體系由整體鋼平臺(tái)系統(tǒng)、鋼柱爬升系統(tǒng)、筒架支撐系統(tǒng)、內(nèi)外掛腳手系統(tǒng)和鋼大模板系統(tǒng)等五部分組成(見(jiàn)圖2)。該體系采用模塊化設(shè)計(jì)、構(gòu)件化加工,在結(jié)構(gòu)體型適應(yīng)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面優(yōu)勢(shì)明顯[3-4]。

表1 風(fēng)塔結(jié)構(gòu)概況表

鋼平臺(tái)系統(tǒng)位于設(shè)備頂部,主要作為施工作業(yè)平臺(tái)以及物料中轉(zhuǎn)的堆場(chǎng),具有較大的承載能力。中央控制室布置在鋼平臺(tái)上,負(fù)責(zé)整個(gè)液壓系統(tǒng)的同步工作。鋼柱爬升系統(tǒng)在鋼平臺(tái)體系爬升過(guò)程中支撐在核心筒混凝土結(jié)構(gòu)頂面上,爬升立柱上配有各種傳感器,鋼平臺(tái)系統(tǒng)頂升作業(yè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器采集并傳送到中央處理計(jì)算機(jī)上。中央處理計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制液壓油缸工作的同步性,及時(shí)進(jìn)行糾偏,以保障施工的安全性。筒架支撐系統(tǒng)在鋼平臺(tái)體系施工作業(yè)狀態(tài)時(shí)提供支撐作用,筒架支撐系統(tǒng)與內(nèi)腳手系統(tǒng)相連接,核心筒內(nèi)較大的區(qū)域?yàn)橥布苤蜗到y(tǒng),局部狹小空間為下掛腳手,協(xié)同實(shí)現(xiàn)腳手功能。鋼柱爬升系統(tǒng)與筒架支撐系統(tǒng)輪換協(xié)作,可在爬升過(guò)程及施工作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋼平臺(tái)體系的交替支撐。

腳手系統(tǒng)懸掛于鋼平臺(tái)系統(tǒng)下方,內(nèi)外腳手共6層。上3層為鋼筋、模板施工區(qū),下3層為拆模整修區(qū)。腳手架系統(tǒng)1層—5層道板采用鋼板網(wǎng),底部走道板采用薄鋼板。為配合核心筒墻體的收分,整個(gè)外掛腳手可滑移,腳手架頂部與鋼平臺(tái)采用滑輪連接,可以滿足施工時(shí)腳手與墻面的距離要求。

針對(duì)多段圓弧混凝土墻體收分及伸臂桁架層等復(fù)雜工況設(shè)置鋼大模板,每個(gè)鋼大模板用手動(dòng)葫蘆掛在鋼平臺(tái)鋼大梁吊點(diǎn)耳板上。模板主要包含一個(gè)外側(cè)圓弧基礎(chǔ)模板,一個(gè)內(nèi)側(cè)圓弧基礎(chǔ)模板及多個(gè)收分模板,為便于模板拆除配套使用整體陰角模板。

3.1.2 核心筒標(biāo)準(zhǔn)層施工

現(xiàn)場(chǎng)主體施工工況主要分為以下三個(gè)階段:

-0.100 m～20.250 m為第一施工階段,非標(biāo)準(zhǔn)層采用傳統(tǒng)腳手模板體系進(jìn)行施工。

20.250 m～148.250 m為第二施工階段,鋼平臺(tái)體系及人貨梯安裝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)層施工。

148.250 m～179.900 m為第三施工階段,鋼平臺(tái)體系拆除后按常規(guī)模板體系施工至屋面。

鋼平臺(tái)體系從結(jié)構(gòu)標(biāo)高20.250 m核心筒墻體施工完成后開(kāi)始安裝?，F(xiàn)場(chǎng)材料垂直運(yùn)輸采用塔吊,人員及零星材料運(yùn)輸采用人貨梯。核心筒內(nèi)設(shè)置兩根豎向泵管,采用二泵二管進(jìn)行混凝土施工。

具體施工工藝如下:

鋼筋預(yù)先由塔吊吊運(yùn)至鋼平臺(tái)頂面堆放,堆放鋼筋數(shù)量根據(jù)平臺(tái)承載力確定。作業(yè)人員在鋼平臺(tái)頂面通過(guò)格柵板傳遞至鋼平臺(tái)下方墻體位置,由腳手架以及筒架支撐上的作業(yè)人員進(jìn)行綁扎。鋼筋綁扎完畢后,進(jìn)行模板工程施工?；炷凛斔椭龄撈脚_(tái)頂面由布料設(shè)施進(jìn)行混凝土澆筑,作業(yè)層結(jié)構(gòu)施工完畢。鋼平臺(tái)體系爬升后準(zhǔn)備施工下一層結(jié)構(gòu)。

本工程人貨梯布置于風(fēng)井內(nèi),人貨梯位于鋼平臺(tái)體系內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)附墻支撐結(jié)構(gòu)集成在鋼平臺(tái)內(nèi),并隨鋼平臺(tái)一起爬升,鋼平臺(tái)體系下部的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過(guò)附墻件與混凝土井壁拉結(jié)。人員及部分物料可以通過(guò)人貨梯直接運(yùn)輸?shù)胶诵耐彩┕?極大地提高了施工效率。

3.2 幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝

3.2.1 風(fēng)塔幕墻鋼結(jié)構(gòu)概況

幕墻鋼結(jié)構(gòu)為三角形網(wǎng)殼體系,虛擬層高度4 m,每層由72個(gè)三角形單元擬合而成。桿件均為箱型截面,截面尺寸為100 mm×300 mm×14 mm。出風(fēng)口以下三角形網(wǎng)殼為吊掛形式,分為三個(gè)吊掛段,每個(gè)吊掛段通過(guò)上端鉸接節(jié)點(diǎn)和下端滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)與主體結(jié)構(gòu)相連,支座數(shù)量每層36個(gè),平面范圍內(nèi)沿圓形均勻分布。出風(fēng)口以上三角形網(wǎng)殼體系通過(guò)每層鉸接節(jié)點(diǎn)和主體結(jié)構(gòu)相連。第一道桁架層和出風(fēng)口外圍設(shè)有兩道彎弧鋼結(jié)構(gòu)體系。網(wǎng)殼豎向并非連通的整體,而是通過(guò)4道變形縫將網(wǎng)殼分為了五個(gè)區(qū)段。網(wǎng)殼總用鋼量約1 650 t。

3.2.2 風(fēng)塔鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)路線

風(fēng)塔幕墻鋼結(jié)構(gòu)施工總體流程如下:屋頂塔吊置換→鋼網(wǎng)架提升平臺(tái)安裝→制作提升懸掛段一幕墻鋼結(jié)構(gòu)→提升裝置移位、搭設(shè)硬隔離→制作提升懸掛段二幕墻鋼結(jié)構(gòu)→制作提升懸掛段三幕墻鋼結(jié)構(gòu)(施工第二、第三提升段同步塔吊吊裝136 m以上幕墻鋼結(jié)構(gòu))→汽車吊吊裝地面段幕墻鋼結(jié)構(gòu)→塔吊補(bǔ)缺提升設(shè)備層等剩余幕墻鋼結(jié)構(gòu)。

出風(fēng)口以下幕墻鋼結(jié)構(gòu)利用在桁架層設(shè)置的提升系統(tǒng)進(jìn)行提升安裝,最大提升質(zhì)量424 t,最大提升行程92 m。采用6套液壓提升機(jī)構(gòu)布設(shè)于桁架層,以單套提升重量200 t,總提升重量Q=1 200 t的起重性能工況進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的提升安裝。提升系統(tǒng)分別搭設(shè)在136 m及88 m的桁架層,在桁架層安裝6部支撐鋼平臺(tái),分別設(shè)置6套液壓提升千斤頂。中央計(jì)算機(jī)控制整體提升系統(tǒng)布置在地面風(fēng)塔附近,實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)提升狀態(tài)。

在地面設(shè)置一套拼裝胎架,幕墻鋼結(jié)構(gòu)8 m(兩層)為一個(gè)拼裝單元,在胎架上拼裝完成后用液壓提升機(jī)構(gòu)提升8 m,再次拼裝8 m連接至已提升單元,如此累積提升,直至吊掛段整體拼裝完成,最后整體提升到位(見(jiàn)圖3)。

出風(fēng)口以上幕墻鋼結(jié)構(gòu)用核心筒RF層布置的一臺(tái)ZSL120塔吊進(jìn)行安裝,將幕墻鋼結(jié)構(gòu)分成標(biāo)準(zhǔn)吊裝單元,從下向上,逐層閉合成圓環(huán)施工。ZSL120以L=26 m,R≤15 m,T=8 t的起重量進(jìn)行幕墻鋼結(jié)構(gòu)吊裝,吊裝單元最重1.5 t。

1層—3層幕墻鋼結(jié)構(gòu)用50 t汽車吊1臺(tái)進(jìn)行安裝。圓箍分成標(biāo)準(zhǔn)吊裝單元,按順時(shí)針?lè)较蜷]合成圓環(huán)。

3.2.3 幕墻鋼結(jié)構(gòu)的安裝測(cè)量

本工程結(jié)構(gòu)超高,核心筒相對(duì)細(xì)小,塔吊工作造成的震動(dòng)、日照變化、風(fēng)載等都會(huì)造成核心筒的變形。為保障施工精度,我們確定了圓形鋼網(wǎng)架長(zhǎng)達(dá)近48 h的“大型鋼結(jié)構(gòu)整體提升”方案,提升過(guò)程中要防止3 mm以上誤差的產(chǎn)生,避免受力不均直接對(duì)塔身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。在提升裝備的設(shè)計(jì)上除了在提升平臺(tái)安裝氣象控制箱外還創(chuàng)新引入了“智能自動(dòng)跟蹤測(cè)量設(shè)備”和“數(shù)字化結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)裝置”,便于實(shí)時(shí)高效地獲取提升數(shù)據(jù)。憑借“計(jì)算機(jī)同步控制液壓整體提升自動(dòng)糾偏+智能自動(dòng)跟蹤測(cè)量”的創(chuàng)新應(yīng)用,把6個(gè)提升點(diǎn)位的同步提升精度偏差,精準(zhǔn)地控制在3 mm以內(nèi),在如此巨大的鋼結(jié)構(gòu)整體安裝中,在行業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新的突破。

3.3 曲面三向斜交網(wǎng)格體系玻璃幕墻安裝

3.3.1 幕墻系統(tǒng)概述及系統(tǒng)描述

類型1:風(fēng)塔標(biāo)準(zhǔn)層三角形單元玻璃幕墻系統(tǒng)(風(fēng)塔除5,6,7,11,12夾層外其他位置)。

類型2:風(fēng)塔設(shè)備層半隱框圓弧玻璃幕墻系統(tǒng)(風(fēng)塔5,6,7層圓弧玻璃區(qū)域)。

類型3:風(fēng)塔設(shè)備層金屬百葉幕墻系統(tǒng)(風(fēng)塔11層、12層)。

3.3.2 幕墻安裝

本工程幕墻形式是單元板塊幕墻組成。跟隨鋼結(jié)構(gòu)施工同步測(cè)量,選取多個(gè)控制點(diǎn)校核鋼結(jié)構(gòu)精度;單階段鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成后,進(jìn)行沉降穩(wěn)定變形,穩(wěn)定變形后進(jìn)行復(fù)測(cè),該數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM模型進(jìn)行合模,作為后期下料及施工定位依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,考慮樓層高度安全問(wèn)題,本工程大面使用環(huán)形軌道吊裝系統(tǒng)進(jìn)行單元板塊的安裝,環(huán)軌吊布置層以上板塊利用屋頂塔吊進(jìn)行安裝。風(fēng)塔幕墻總體劃分為五個(gè)施工區(qū)域,以上下箍區(qū)分,A區(qū)為地面至下箍下口(±0 m～+36 m),B區(qū)為上下箍之間(+48 m～+132 m),C區(qū)為上箍以上部分(+148 m～+180 m),以及下箍(+36 m～+48 m)、上箍(+136 m～+148 m)共計(jì)五個(gè)區(qū)域。

根據(jù)總體施工進(jìn)度,環(huán)形軌道吊裝系統(tǒng)搭設(shè)在10層。軌道材料主要包含25號(hào)工字鋼、22號(hào)工字鋼、20號(hào)工字鋼環(huán)形軌道吊裝系統(tǒng)主要由里外兩道環(huán)形軌道和行車電機(jī)吊裝系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖4)。

環(huán)形軌道經(jīng)由設(shè)計(jì)部門根據(jù)結(jié)構(gòu)形式并進(jìn)行受力計(jì)算,軌道懸挑工字鋼前端用83 mm×6 mm圓鋼管與上一層鋼結(jié)構(gòu)連接,與鋼結(jié)構(gòu)垂直部位通過(guò)20號(hào)工字鋼進(jìn)行滿焊連接,經(jīng)計(jì)算此兩處連接方式已滿足吊裝及硬防護(hù)的受力要求;懸挑工字鋼在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)樓板位置通過(guò)與樓板或結(jié)構(gòu)主梁用Φ16鋼條絲桿抱箍形式連接,起到輔助固定作用。

垂直運(yùn)輸索道由1根8 mm鋼絲繩通過(guò)頂端的2個(gè)定滑輪轉(zhuǎn)到地面端頭固定,鋼絲繩的兩端分別固定在地面埋件和耳板連接結(jié)構(gòu)上組成,底部將耳板焊接在80 mm×80 mm×5 mm底托上,底托通過(guò)埋件與混凝土地面連接來(lái)保證整個(gè)運(yùn)輸索道的穩(wěn)定。

普通位置單元板塊的安裝:

單元體板塊通過(guò)移動(dòng)式吊機(jī)利用索道提升到安裝層后,吊機(jī)掛鉤調(diào)換到軌道吊車吊鉤,通過(guò)環(huán)軌水平運(yùn)輸?shù)桨惭b部位,此時(shí)的單元板塊處于安裝部位上方,然后慢慢的放下單元板塊,單元板塊安裝上下位置的施工人員與已安裝完成的轉(zhuǎn)接件或單元板塊進(jìn)行插接對(duì)正,無(wú)誤后完全放下單元板塊,吊裝完成。風(fēng)塔室內(nèi)部分東側(cè)空間較大、該區(qū)域安裝單元板塊及室內(nèi)鋁板施工無(wú)法正常室內(nèi)施工。風(fēng)塔室內(nèi)4層(12.3 m～36.3 m),7層(44.0 m～88.0 m)及9層(92.3 m～132.3 m)區(qū)域使用上方樓層下口設(shè)置的定點(diǎn)吊籃輔助施工,其余空間較小部位和標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)采用腳手架輔助施工;室外使用在9層、10層的環(huán)軌外側(cè)軌道上設(shè)置的滑軌吊籃輔助施工。

兩個(gè)圓箍下方一層單元板塊的安裝兩個(gè)圓箍下方一層區(qū)域單元板塊各72塊,因圓箍鋼結(jié)構(gòu)突出單元安裝面790 mm,此區(qū)域單元板塊離圓箍鋼結(jié)構(gòu)較近,板塊就位時(shí)位置受限難以到達(dá)安裝垂直點(diǎn),此部位安裝措施采用塔吊將單元板塊運(yùn)輸?shù)桨惭b位置,采用兩個(gè)1.5 t手動(dòng)葫蘆進(jìn)行換勾就位,葫蘆掛鉤與板塊連接后開(kāi)始手動(dòng)吊裝,在葫蘆吊將板塊吊到安裝垂直位前塔吊吊鉤先不要拆除,此部位操作需要細(xì)微調(diào)整,在確定葫蘆吊裝完全到達(dá)垂直安裝位后,將塔吊吊鉤摘除,用兩個(gè)手動(dòng)葫蘆緩慢細(xì)微調(diào)整安裝就位。

本項(xiàng)目風(fēng)塔幕墻系統(tǒng)為鋼結(jié)構(gòu)支撐的單元式玻璃幕墻,風(fēng)塔完成面為曲面造型,考慮單元掛點(diǎn)不共面及鋼結(jié)構(gòu)沉降變形等問(wèn)題,現(xiàn)場(chǎng)采用天寶TX8進(jìn)行現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)整體的掃描,掃描整體外立面距離比較遠(yuǎn),用精度最高的模式進(jìn)行掃描,一站大約要30 min,掃描一次要各個(gè)角度總共15站左右。掃描后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM模型進(jìn)行合模入模中測(cè)算出具體誤差,根據(jù)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)幕墻轉(zhuǎn)接件、單元板塊加工調(diào)差處理。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)踐,闡述上海長(zhǎng)灘觀光風(fēng)塔建造關(guān)鍵技術(shù),其中的鋼柱筒架交替支撐式液壓爬升整體鋼平臺(tái),幕墻網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)分段拼裝整體累積液壓提升懸掛安裝工藝,超高層曲面三向斜交網(wǎng)格體系玻璃幕墻單元板塊安裝工藝等方面均取得了顯著的示范效應(yīng),有些已達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平,對(duì)同類工程具有很好的借鑒作用。