高雷雷 史秋俠 柳志華 符青浦

1. 中冶天工上海十三冶建設(shè)有限公司 上海 201900；2. 上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050；3. 上海市青浦區(qū)建筑管理所 上海 201700

1 工程概況

上海金虹橋國際中心工程占地總面積35 494 m2，位于虹橋功能拓展區(qū)的中心地帶，是上海商務(wù)商貿(mào)副中心。該工程主體結(jié)構(gòu)由南塔樓、北塔樓及連廊3 部分組成，形成“凱旋門”式結(jié)構(gòu)。辦公塔樓地上29 層，總高度143.7 m，總建筑面積146 233 m2（圖1）。

鋼結(jié)構(gòu)連廊位于22～29層，共8 層，高度為100.9～134.6 m，尺寸為42 m×24.7 m。連廊結(jié)構(gòu)形式基本一致，采用H型鋼梁及鋼筋桁架樓板組合結(jié)構(gòu)，連廊各層中間無豎向結(jié)構(gòu)，是獨(dú)特的多層片狀連體形式。每層連廊鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量超200 t，8 層鋼結(jié)構(gòu)連廊總質(zhì)量約1 700 t。

2 連廊提升方案確定

本工程屬于超高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)連廊范疇，具有如下特點(diǎn)：

（a）鋼構(gòu)件質(zhì)量大，對(duì)設(shè)備要求高；

圖1 整體效果圖

（b）結(jié)構(gòu)懸空，高度較高，常規(guī)的支撐體系不適用。

在超高層建筑中使用塔式起重機(jī)最大起重質(zhì)量為10～30 t，不能滿足連廊鋼構(gòu)件吊裝要求。從成本上看，僅為了占工程量比例很小的鋼結(jié)構(gòu)連廊配置大型的塔吊是得不償失的。對(duì)于跨度大、構(gòu)件重的連體層鋼結(jié)構(gòu)，整體提升是一種比較有效、安全的施工方法。結(jié)構(gòu)在地面拼裝，然后利用液壓千斤頂將整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)連體層提升到設(shè)計(jì)位置，完成鋼結(jié)構(gòu)的安裝。由于絕大部分工作都在有條件的平臺(tái)上進(jìn)行，在施工安全上比較有保障。

利用雙向支撐系桿將單層片狀結(jié)構(gòu)連成單元，將8 層連廊依次劃分成4 個(gè)提升單元，利用一套設(shè)備分4 次進(jìn)行提升。在地面拼裝、提升過程中，系桿均能起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系的作用，連廊安裝完成后拆除系桿。

3 吊點(diǎn)布置與設(shè)計(jì)

采用液壓提升設(shè)備提升鋼構(gòu)件，需在待提升構(gòu)件的正上方一定高度設(shè)置專用的提升吊點(diǎn)，通過鋼絞線與設(shè)置在提升構(gòu)件上的下吊點(diǎn)連接來提升構(gòu)件[1]。提升牛腿的設(shè)置可依靠主塔樓勁性鋼柱，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可在N～K/19～22軸線勁性柱上設(shè)置提升上吊點(diǎn)，用于放置液壓提升器。本工程提升吊點(diǎn)布置如圖2。

圖2 提升吊點(diǎn)布置

由于2 個(gè)被提升的鋼結(jié)構(gòu)連廊在同一個(gè)垂直面上，所以必須合理設(shè)置提升牛腿防止發(fā)生碰撞。為此，提升吊點(diǎn)設(shè)計(jì)成扁擔(dān)形式，以使鋼絞線讓開提升主梁（圖3）。此種設(shè)計(jì)方式避免后3 次提升的鋼結(jié)構(gòu)連廊產(chǎn)生斜吊工況，減少索具受力因傾斜增加荷載，降低安全隱患。

圖3 吊點(diǎn)示意

運(yùn)用大型有限元程序MIDAS對(duì)連廊提升單元進(jìn)行實(shí)體建模分析，計(jì)算最大提升反力。

3.1 提升反力計(jì)算

通過對(duì)4 個(gè)單元的提升反力進(jìn)行比較，確定最大反力（圖4），為吊點(diǎn)模擬分析提供依據(jù)。

3.2 吊點(diǎn)模擬分析

以下吊點(diǎn)為例，運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬驗(yàn)算，采用shell63板單元模擬結(jié)構(gòu)的鋼板按照實(shí)際尺寸定義不同的板厚。根據(jù)下吊點(diǎn)幾何尺寸，建立結(jié)構(gòu)模型。其余物理參數(shù)如下：拉壓彈性模量E=2.06×1011Pa，泊松比=0.3，密度ρ=7.85×1 000 kg/m3。

圖4 模擬吊點(diǎn)反力（單位：kN）

對(duì)托梁兩邊荷載按最大提升反力施加，以面荷載形式施加于受力底面。同時(shí)約束原結(jié)構(gòu)3 根支撐桿下部、工字鋼端部的6 個(gè)自由度。

3.3 計(jì)算結(jié)果

按照上述模型荷載及邊界條件進(jìn)行計(jì)算，下吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形如圖5所示。

圖5 吊點(diǎn)模擬結(jié)果

由圖5可知，下吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為120.7 MPa，最大變形為0.87 mm。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

4 提升工況模擬

以第4單元為例進(jìn)行提升工況模擬分析，選用了MIDAS/GEN V 7.3版本作為有限元設(shè)計(jì)軟件。計(jì)算模型采用空間三維實(shí)尺模型，桿件選用2 個(gè)節(jié)點(diǎn)、6 個(gè)自由度的frame單元，該單元可以考慮拉（壓）、彎、剪、扭4 種內(nèi)力的共同作用。

4.1 地面拼裝工況[2]

2 層連廊通過系桿形成提升單元，此工況系桿受壓。

在恒載作用下，懸挑位置跨中的變形較大。由圖6、圖7可知，最大變形值為－9 mm、結(jié)構(gòu)跨度20 m，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，設(shè)計(jì)安全可靠。

圖6 恒載下變形云圖

圖7 恒載下應(yīng)力云圖

4.2 提升工況

拼裝完畢后進(jìn)行整體提升，此工況系桿受拉[3]。由圖8、圖9可知，最大變形值為－16 mm、結(jié)構(gòu)跨度20 m，滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)桿件最大應(yīng)力比值為0.7，結(jié)構(gòu)有較大的大安全儲(chǔ)備，設(shè)計(jì)安全可靠。

圖8 恒載下變形云圖

5 實(shí)施效果

采用“應(yīng)力—變形—提升”閉環(huán)測(cè)控技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中傳輸至中央控制系統(tǒng)，確保提升過程安全可靠。

圖9 恒載下應(yīng)力云圖

5.1 吊點(diǎn)監(jiān)測(cè)

提升吊點(diǎn)變形測(cè)量如圖10所示。最大變形出現(xiàn)在19～22軸線，變形值約為0.8 mm，與模擬分析數(shù)值基本一致。

圖10 吊點(diǎn)變形

5.2 提升單元監(jiān)測(cè)

對(duì)全部鋼結(jié)構(gòu)連廊提升過程的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理（圖11）。第4單元變形值約為13 mm，變形參數(shù)與模擬分析結(jié)果基本一致。

圖11 提升單元變形

6 結(jié)語

通過有限元分析軟件，對(duì)金虹橋國際中心工程鋼結(jié)構(gòu)連廊提升吊點(diǎn)及拼裝、提升過程進(jìn)行模擬分析，為施工工藝控制提供了有力支撐，達(dá)到了預(yù)期效果。同時(shí)為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體提升施工開拓了新的思路，提供了成功實(shí)例。