張 衛(wèi)，汪臨斌

ZHANG Wei，WANG Linbin

(1.杭州市建設工程質量安全監(jiān)督總站，浙江 杭州310005;2.浙江精工鋼結構集團有限公司，浙江 紹興312030)

十多年來，在我國的高層建筑和大型公共建筑中鋼結構得到廣泛應用。諸多建筑如國際會議中心、酒店、寫字樓或綜合性公共建筑的入口處或室內大堂，結構上常采用大跨度轉換鋼桁架形成底部數(shù)層大空間以滿足建筑功能要求。這類大跨度轉換鋼桁架的安裝技術比較復雜，目前有“現(xiàn)場拼裝，整體吊裝”法、“現(xiàn)場拼裝，整體提升”法、“胎架臨時支撐，現(xiàn)場分段拼裝、分段吊裝、整體卸載”法。采用何種方法應根據工程的結構特點、現(xiàn)場起重運輸條件、進度和質量控制要求、經濟代價等情況進行優(yōu)選。本文以杭州阿里巴巴支付寶總部大樓鋼結構工程為實例，介紹此類特大跨、超重型轉換箱型鋼桁架的結構特征、安裝方案和質量控制等技術。詳細介紹采用“現(xiàn)場高空散件拼裝、砂箱分步整體卸載”的技術與質量控制經驗。經工程結構檢測結果表明，本文介紹的安裝與質量控制技術取得了良好效果。

1 工程鋼結構概況

1.1 鋼結構整體概況

本工程為杭州阿里巴巴支付寶總部大樓，位于杭州市西湖區(qū)古蕩，南面為西溪路，東面緊靠F -10城市廣場建設用地，西面為飛達東路，北面為橫貫杭州市區(qū)東西向的主干道天目山路。項目總建筑面積約12.5 萬m2，其中地下建筑面積4.9 萬m2，地下2層，地上9 層，屋面建筑標高38.950 m。地下室采用鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土剪力墻結構體系，上部結構除電梯間筒體為鋼筋混凝土結構外，均采用鋼結構，分為A、B、C 三個獨立抗震單元的鋼框架-鋼筋混凝土剪力墻結構體系。

框架柱采用圓鋼管混凝土柱，轉換桁架上的框架柱采用矩形鋼管柱;框架梁采用H 形鋼梁，部分受較大軸力的框架梁采用箱形鋼梁;轉換桁架采用箱型鋼構件。整體結構見圖1。

1.2 特大跨轉換箱型截面鋼桁架結構概況

圖1 整體結構軸測示意圖

桁架分布圖見圖2。

圖2 桁架分布圖

1.2.2 桁架的基本構造 本文著重以該工程B 塔樓跨度特大、特高和特重的換鋼桁架為例介紹其安裝技術。B 塔樓轉換鋼桁架B-TR-1、B-TR-2 結構的軸側圖見圖3。

圖3 B-TR-1 至B-TR-2 軸測示意圖

2 特大跨轉換箱型鋼截面桁架施工方案的確定

2.1 安裝方案的擬定

2.1.1 項目特點 (1)跨度大:本工程項目轉換箱型截面鋼桁架整體跨度大(A 塔樓TR-7 至TR-9 跨度為36～53 m，B 塔樓B-TR-1(2)跨度為54 m);

(2)高度高:A 塔樓TR-7 至TR-9 高度為4.2 m，B塔樓B-TR-1(2)高度為8.4 m;

(3)質量大:A 塔樓TR-7 至TR-9 質量分別為88、153、97 t，B 塔樓B-TR-1(2)質量均達217 t;

(4)焊接箱(矩)形截面尺寸大;

(5)Z 字平面造型較復雜，場地狹窄，運輸受限。

2.1.2 方案確定 由于上述特點，本項目轉換箱型截面鋼桁架不可能整體制作、運輸和安裝，經多方案的研討，考慮運輸和現(xiàn)場施工條件(包括吊裝設備的選用)等因素，最終擬定采取工廠分段制作及預拼裝、分件運輸進場、現(xiàn)場進行高空散件拼裝的方法，為此高空散件拼裝時應設置胎架臨時支撐以及安裝完畢后整體卸載。

2.2 桁架分段

上述技術方案必須在制作前對桁架進行分段細化設計，以確定散件拼裝時連接節(jié)點。分段應遵循下列基本原則:應符合不同桁架形式及其受力特點;靠近擬定的胎架臨時支撐點;分段單件最大質量應在起重設備作用半徑允許起重能力范圍內?，F(xiàn)以B-TR-1(2)為例對桁架分段作如下概述:

根據設計施工圖桁架形式，上弦因豎向腹桿與轉換桁架上的箱形鋼柱連接而分為6 段，分別與豎向腹桿和鋼管混凝土柱節(jié)點連接;下弦分為3 段，分別與豎向腹桿下節(jié)點及鋼管混凝土柱節(jié)點連接，各段長度為18 m(節(jié)點間距);斜向和豎向腹桿及斜撐各為一段，分別與相關節(jié)點連接，分段情況和連接點見圖4。

圖4 B 塔樓B-TR-1 至B-TR-2 分段示意圖

2.3 吊裝方案及機械選擇

桁架吊裝應在地下室頂板混凝土強度達到設計要求以及地上鋼結構框架安裝至5 層后進行，經考慮現(xiàn)場施工條件、吊裝設備等諸多因素后，擬采用高空散件吊裝拼接方法。為此在桁架跨徑下弦近拼接位置的節(jié)點及支承在其他桁架上的節(jié)點或懸臂端節(jié)點設置臨時支撐架，支撐架頂部設置卸載裝置。待轉換鋼桁架及其上部結構安裝完畢后進行卸載，拆除支撐架，使轉換鋼桁架進入使用階段的受力狀態(tài)。

因現(xiàn)場轉換鋼桁架部位部分構件不在現(xiàn)場布置的塔吊起重性能范圍內，需要大型起重設備進入轉換鋼桁架部位進行吊裝，根據對轉換鋼桁架分段吊重分析，分段構件最大質量為34.8 t，選用1 臺CCH1000 型100 t臂長48 m(B 區(qū)吊裝時采用42 m)履帶吊進行吊裝，履帶吊行走在地下室頂板上，應對吊裝區(qū)域的地下室頂板進行承載力驗算，并采取必要的措施進行加固。

3 桁架臨時支撐架設置

臨時支撐架的設置要根據工程結構特點和整體卸載方法進行設計。

3.1 臨時支撐架布置

3.1.1 平面布置 桁架安裝時采用支撐架進行臨時支撐，上部鋼結構安裝完成后須對支撐架進行卸載拆除，每個支撐架頂面設有卸載裝置(砂箱)，卸載時采用砂箱進行同步或不同步分級卸載，支撐架平面布置圖見圖5。

其中A 區(qū)共設有8 個支撐架，B 區(qū)共設有4 個支撐架。支撐架均設在桁架下弦的結點處。

3.1.2 立面布置 以B 塔樓轉換桁架B -TR -1、B-TR-2 為例，其支撐架立面布置見圖6。

圖5 支撐架平面布置圖

圖6 B-TR-1(2)支撐架立面布置圖

3.2 臨時支撐架及卸載設備

根據施工過程分析:A 區(qū)大跨、B 區(qū)大跨部位臨時支撐架最大豎向荷載標準值為845 kN，按此荷載，同時考慮安裝時的偏心、風荷載等因素影響，經設計計算選擇短形格構式支撐架。該支撐架以每2 m為一標準節(jié)，采用單片組合，外形基本組合尺寸為2 m×2 m，由立桿鋼管B150 ×8 和腹桿鋼管B80×6 組成。該標準支撐架立柱采用法蘭對接，單片之間的組合采用螺栓連接，便于安裝和拆除，支撐架構造及安裝示意見圖7。

圖7 支撐架構造及安裝圖

卸載設備采用砂箱，置于支撐架頂部。砂箱構造示意見圖8。它包括砂箱(299 ×16 的圓管)、活塞、固定螺桿、泄砂閥等部件。采用砂箱卸載的優(yōu)點是可控性好，設備簡單、可靠。與傳統(tǒng)的油壓千斤頂相比，更易操控，無機械故障之憂，砂箱安裝見圖9。

圖8 砂箱構造圖

圖9 砂箱安裝圖

4 特大跨轉換鋼桁架支撐架卸載

支撐架卸載是特大跨轉換鋼桁架安裝的關鍵技術，支撐架的卸載方案與步驟涉及結構受力體系的合理轉換，要根據結構支承情況與受力特性進行選擇和設計。

4.1 卸載形式選擇

選用合理的卸載形式，對不同結構形式的特大跨轉換鋼桁架至關重要，以本工程A/B 兩區(qū)特大跨轉換鋼桁架為例分析如下:

A 區(qū)的TR-7、TR-8、TR-9 三榀轉換箱型鋼桁架，支承方式不同。TR-7、TR-8 兩端分別與Φ1500鋼管混凝土柱剛接，TR-9 南端與Φ1500 鋼管混凝土柱剛接，北端與TR-6 箱型截面桁架9 m 懸挑端剛接，因而在TR-6 外挑9 m 與TR-9 總跨45 m 區(qū)域，為無支承柱受力結構體系，上部五層結構自重(含鋼柱、梁、地面、屋面、幕墻、內裝飾等)和使用活荷載均由TR-9 傳遞至TR-6懸挑桁架端部。該區(qū)域構件和連接節(jié)點受力狀態(tài)復雜，在臨時支撐卸載時必須充分考慮構件受力體系的合理轉換，宜采用不同步分級法，即首先按⑧、⑦、⑥臨時支撐順序(圖5)進行第一步卸載，隨后進行TR-8、TR-7 的卸載，以避免結構的內應力突變。

B 區(qū)的B-TR-1(2)兩榀8.4 m 高的轉換箱型鋼桁架，設計為對稱的兩根斜支撐桿與桁架腹桿形成了兩組梯形的穩(wěn)定受力結構體系(圖3、圖6)，屬左右對稱結構體系，因而B 區(qū)桁架在臨時支撐卸載時，可采取同步分級卸載。

4.2 分級卸載時效觀察

對A 區(qū)和B 區(qū)特大跨鋼桁架臨時支撐的分級卸載，必須實行每級24 h 的間隔時效觀察，利用埋設于桁架關鍵位置和節(jié)點的應力應變傳感器進行數(shù)據采集分析，進行結構承載過程的安全檢測評判。使整體桁架結構的內應力重分布，在24 h 時效過程中平穩(wěn)過渡。

4.3 支撐架卸載流程

4.3.1 支撐架卸載條件 (1)桁架及四周結構已安裝到8 層以上，并焊接完成;

(2)鋼管柱內混凝土澆灌到頂層;

(3)桁架上鋼板樓板已安裝，但樓面混凝土暫不澆灌。

4.3.2 支撐架卸載步驟 根據現(xiàn)場施工進度安排情況先卸載A 區(qū)桁架支撐架(采用不同步分級法)，再卸載B 區(qū)桁架支撐架(采用同步分級法)。

根據施工過程分析和設計提供的變形量估算，實際支撐架卸載產生的變形量較小(最大為6.23 mm)，具體可分三步進行:

第一步，拆除砂箱支撐桿，使砂箱活塞完全受力，穩(wěn)定24 h，實測應力應變值(A 區(qū)TR-9 先拆)。

第二步，根據剩余卸載量采用砂箱漏砂量控制，對支撐架進行卸載;

第三步，繼續(xù)根據剩余卸載量采用砂箱漏砂量控制，對支撐架進行卸載，直至桁架與支撐架完全脫開，然后拆除支撐架。

整個卸載分3 步進行，每步卸載量對應后面“表1”中各支撐點對應數(shù)值，進行分級卸載，最后將支撐架拆除，完成結構卸載。卸載時每個支撐架均派2 名工人開啟砂漏卸砂，將桁架下降至指定高度(因部分支撐架卸載量較小，只有2 mm 左右，在第二步卸載后就有可能卸載完成)，卸載時需采用測量儀器、應力應變檢測同步跟蹤進行監(jiān)控，保證卸載的可控性。每級卸載間隔時間為24 h，下載時間應定同一時間(如時間定為每日上午10:00:00 左右)，具體卸載過程及檢測跟蹤流程見圖10。

4.4 支撐架卸載過程中監(jiān)測控制過程

(1)正式卸載當日上午8:00:00—10:00:00(卸載前)測一次;(2)第一級卸載后傍晚測一次;(3)第二天一早及傍晚各一次(上午10:00:00 進行二級卸載);(4)第三天一早及傍晚各一次(上午10:00:00進行三級卸載);(5)若有第四級卸載以第三天同要求檢測;(6)后續(xù)檢測按每澆搗一層樓面前后各采集一次數(shù)據，依次類推。監(jiān)測時間的選擇:主要考慮卸載時正值冬季，早晚與中午溫差較大，故考慮7:00:00與17:00:00 進行監(jiān)測，所得監(jiān)測值可與卸載作業(yè)過程中的監(jiān)測值進行比對。

圖10 卸載流程圖

4.5 砂箱控制卸載量的操作

砂箱在泄砂過程中，為有效控制卸載量，可以在桁架兩側各設置一根卸載量控制桿(可采用角鋼下端焊在轉化平臺上面，下端緊貼桁架側面)，控制桿側面標注好刻度，單位為mm，卸載過程中觀測桁架下口達到一定卸載量。見圖11。

圖11 卸載控制桿

4.6 支撐架卸載變形量控制

4.6.1 各支撐架卸載量 支撐架卸載量統(tǒng)計見表1、表2。

表1 A區(qū)大跨桁架部位支撐架總卸載量統(tǒng)計

表2 B區(qū)大跨桁架部位支撐架總卸載量統(tǒng)計

4.6.2 分步卸載量確定

本工程采用砂箱分步卸載，共分3 步進行，各支撐架每步的卸載量值見表3。

表3 各支承架等比例卸載量值

4.7 支撐架卸載控制技術要點

(1)卸載前對所有參加人員進行卸載過程培訓和技術交底，確保卸載過程中的同步性。

(2)卸載前應完成主體結構所有構件安裝和焊接工作，需探傷檢測的部位已全部通過自檢和第三方檢測并已全部合格，具備上述條件后，方可進行卸載［1］。

(3)卸載前應拆除所有臨時固定拉撐桿及纜風措施，并清除結構上與卸載工作無關的工器具及相關措施［1］。

(4)卸載過程中，要求做到設計統(tǒng)一、組織機構統(tǒng)一、監(jiān)測統(tǒng)一和卸載工具統(tǒng)一，以確保卸載安全［1］。

(5)卸載過程中，應有可靠的測量測控措施對卸載工作進行監(jiān)控，根據監(jiān)測結果及時調整各支撐點的卸載位移量［1］，以確保卸載安全。

(6)桁架下弦桿整體脫架后保留原剛性支撐架48 h(風險時段)不拆除。

(7)卸載全過程(含風險時段)對所有支撐架采取臨時穩(wěn)定性保護措施，擬采用在桁架下弦桿兩側各設置一根卸載量控制桿兼作穩(wěn)定桿，穩(wěn)定桿采用L70 ×6 角鋼。

(8)為了確保下載對稱、同步、協(xié)調進行，應合理組織操作班組，嚴格按卸載要求進行操作，建立支撐架卸載指揮小組，統(tǒng)一指揮。

5 確保特大跨轉換鋼桁架安裝質量的控制措施

(1)分段制作的質量控制 分段制作箱型截面時嚴格按深化設計圖施工，特別是上下弦分段上腹桿接口的角度與接口平面，防止在現(xiàn)場高空拼裝時接口錯位，影響接口焊接質量和桁架的整體豎向平整度，設計要求的桁架預拱度也必須在分段制作時在每一構件上得以體現(xiàn)。

(2)分段制作完成后的廠內預拼裝 為了確?，F(xiàn)場高空安裝萬無一失，對本工程所有大跨度桁架分段均在廠內進行預拼裝，分段接口處設置卡碼，并按設計要求的預拱度進行預拼裝，將現(xiàn)場實測的柱間間距反饋到廠方對桁架總跨度進行校核，避免大跨度桁架因現(xiàn)場柱間安裝誤差影響焊接間隙超標。

(3)現(xiàn)場分段拼裝的臨時支撐架標高控制 根據現(xiàn)場場地條件，臨時支撐的點位均設立于地下室柱中位置，確保臨時支撐有足夠的支撐力，以滿足大跨度桁架的自身重量和桁架上部五層結構(包括鋼框架柱、梁及樓地面重量)的總荷載要求，并根據每榀桁架的預拱度設置支撐架標高。

(4)現(xiàn)場分段拼接過程中，應用全站儀跟蹤測量每榀桁架的軸線、標高、水平度、垂直度和側向彎曲并及時校正，以確保桁架位置準確、平整、垂直，采取有效的臨時固定措施，安裝高強螺栓后方可施焊。

(5)現(xiàn)場焊接是確保轉換箱型鋼桁架高空散件拼裝質量的關鍵，事先必須編制詳細焊接工藝方案?，F(xiàn)場焊接方法采用CO2氣體保護法;從事焊接的焊工和檢驗人員應具有資格證，有一定的實踐經驗和技術水平;為減少焊接應力所產生的變形，應擬定合理的施焊程序和方法，以確保焊接質量。

6 結 語

本鋼結構工程在安裝過程中委托第三方(同濟大學土木工程學院)重點對A、B 塔樓特大跨轉換鋼桁架TR7～9 和B-TR-1、B-TR-2 施工階段的應力和應變進行跟蹤監(jiān)測，對于結構完工后的應力和應變監(jiān)測結果，表明各個桿件內力和結構變形在施工暫停階段保持平穩(wěn)，結構安全，可進行后續(xù)施工。后續(xù)檢測的應力應變位移也趨于平穩(wěn)。三個月后最大實測值A 大跨為18 mm，B 大跨為12 mm，均小于設計最大應變值54 mm。這充分表明本文結合工程實例所論述的特大跨轉換箱型鋼桁架的安裝及支撐架卸載技術是可行的、科學合理的，具有一定的示范參考和應用價值。

［1]洪國松，黃利順，邱小軍，等. 重型鋼結構砂箱卸載施工技術［J］.施工技術，2012(增刊1):577 -579.