呂桂元 侯春明 楊 言 戴 超 劉旭冉 趙長江

1. 中建三局集團有限公司成都分公司 四川 成都 610041；

2. 重慶市渝中區(qū)建設(shè)工程綜合監(jiān)督管理處 重慶 400010

1 工程概況

大型高空連廊鋼結(jié)構(gòu)是近幾十年來逐漸發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)形式。由于其外觀的獨特性和功能的多樣性，越來越多地被應(yīng)用于大型公用建筑和超高層建筑中[1-4]。此類高空大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊的施工特點是：跨度大、質(zhì)量大、高度高、施工精度要求高、施工環(huán)境復(fù)雜等。

重慶來福士項目觀景天橋是一種典型的大型高空連廊鋼結(jié)構(gòu)。觀景天橋總長約300 m，坐落于4棟高250 m的塔樓頂部，有5個懸空段，懸空部分最大長度達40 m。懸空段鋼結(jié)構(gòu)連廊采用低位拼裝、整體提升的方式進行施工。為實現(xiàn)大型連廊鋼結(jié)構(gòu)整體拼裝及提升，更好地保證施工質(zhì)量與結(jié)構(gòu)安全，并做到高效、經(jīng)濟，通過多次分析、設(shè)計及計算，采用在裙房頂部設(shè)置鋼平臺的方式，作為連廊鋼結(jié)構(gòu)整體拼裝平臺及下部結(jié)構(gòu)的吊裝支撐平臺，同時作為下部結(jié)構(gòu)施工的封閉和硬防護平臺及土建施工的堆放平臺。

2 拼裝鋼平臺設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

充分利用施工現(xiàn)場緊湊的空間資源和結(jié)構(gòu)條件，在塔樓之間、裙樓頂部設(shè)置鋼平臺，鋼平臺支撐柱布置于裙房混凝土柱頂。

根據(jù)裙房頂層混凝土柱的布置情況、觀景天橋主桁架的平面定位、天橋提升段的荷載、天窗圍護區(qū)域等條件，將鋼平臺確定為桁架結(jié)構(gòu)，鋼平臺桁架平面位置與天橋縱向主桁架定位相同，荷載傳遞直接簡單。最終所有荷載傳至混凝土柱上（圖1）。

圖1 鋼平臺平面布置

2.2 拼裝鋼平臺設(shè)計概況

鋼平臺主要受力結(jié)構(gòu)設(shè)計為桁架＋型鋼梁，上面鋪設(shè)鋼樓板（圖2）。鋼平臺承載力設(shè)計值達12 000 kN以上，在保證自身結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的情況下，滿足現(xiàn)場各種施工要求。

鋼平臺起到以下幾點作用：作為大型連廊鋼結(jié)構(gòu)整體拼裝及提升的平臺；作為下部裙樓天窗主體結(jié)構(gòu)的吊裝支撐平臺；作為上部幕墻及其鋼結(jié)構(gòu)、龍骨的拼裝平臺；作為土建施工的堆放平臺；作為天窗及下部結(jié)構(gòu)施工的封閉和硬質(zhì)防護平臺，避免了立體交叉作業(yè)無防護的風(fēng)險，保證施工過程的安全性。

2.3 拼裝鋼平臺設(shè)計計算

對鋼平臺的結(jié)構(gòu)形式、截面選型等內(nèi)容進行設(shè)計，驗算鋼平臺的承載力是否滿足規(guī)范要求。

利用有限元分析軟件Midas建立鋼平臺整體結(jié)構(gòu)模型，復(fù)雜節(jié)點采用Ansys進行分析。鋼平臺結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3 鋼平臺結(jié)構(gòu)模型

其中：桁架桿件連接全部為剛接；連系梁與桁架之間全部為鉸接連接；連系梁與工字鋼之間全部為鉸接連接；GZ-1與混凝土采用剛接柱腳節(jié)點，GZ-2與混凝土采用鉸接柱腳節(jié)點；桁架與柱頂采用鉸接支座、滑動支座、剛接等3種方式連接。

2.3.1 結(jié)構(gòu)選材

桁架桿件與鋼梁截面選用H型鋼，材質(zhì)為Q345。鋼板選用厚16 mm的花紋鋼板。

2.3.2 荷載選用

計算時恒載為結(jié)構(gòu)自重和觀景天橋荷載，活載為施工荷載、天窗吊裝荷載和風(fēng)荷載。

2.3.3 結(jié)構(gòu)驗算

利用軟件進行結(jié)構(gòu)整體變形、桁架撓度、邊主梁撓度、連系梁撓度、工字鋼撓度、鋼板撓度等的驗算，并對鋼平臺的強度、應(yīng)力比進行驗算。

驗算結(jié)論如下：鋼平臺的剛度、強度滿足規(guī)范要求；桁架、梁的變形均在規(guī)范限值內(nèi)；構(gòu)件應(yīng)力比最大為0.80，大部分桿件應(yīng)力比在0.6～0.8之間，材料強度利用充分，結(jié)構(gòu)安全可靠。

2.3.4 節(jié)點設(shè)計

鋼平臺節(jié)點設(shè)計整體遵循受力合理、形式簡單、方便制作等原則，部分桁架節(jié)點有多根桿件交會，需利用有限元軟件進行計算。經(jīng)驗算，所有節(jié)點承載力均滿足規(guī)范要求。桁架與桁架相交節(jié)點形式如圖4所示。

2.3.5 鋼平臺分段

鋼平臺結(jié)構(gòu)分段遵循以下原則：便于運輸與安裝；吊次少，焊縫總長度短；合理利用塔吊等吊裝設(shè)備。

圖4 桁架與桁架相交節(jié)點

1）桁架分段。按以上原則對桁架進行分段（圖5）。

2）鋼樓板分塊。鋼樓板分塊以南北向為寬度方向，并且寬度為相鄰連系梁中心線之間的距離；東西向為長度方向，不宜超過12.5 m，并且拼接位置要落在主桁架或連系梁上。分塊時盡量使鋼板塊為矩形，減少切割位置。在邊界為斜角邊時，鋼板分塊可超出連系梁位置200～300 mm，使鋼板維持為矩形。若在鋼板塊搭接位置沒有垂直于長度方向的連系梁，則可適當(dāng)調(diào)整連系梁的位置。鋼樓板分塊如圖6所示。

圖5 桁架分段示意

圖6 鋼樓板分塊示意

在該鋼平臺鋼樓板分塊中，長度尺寸最大為9 m，寬度最大為1.8 m，最大質(zhì)量為2.3 t。經(jīng)復(fù)核，滿足塔吊吊裝要求。

3 拼裝鋼平臺施工

3.1 鋼平臺安裝思路

鋼平臺安裝時，先安裝南北向主桁架，再安裝東西向主桁架，接著安裝次桁架；連系梁先安裝南北向，再安裝東西向；鋼樓板先安裝中間，然后向南北方向?qū)ΨQ安裝。

3.2 鋼平臺安裝流程

地腳錨栓施工→鋼柱安裝→南北向主桁架安裝→東西向中間榀主桁架安裝→東西向兩側(cè)主桁架安裝→次桁架安裝→主梁安裝→南北向連系梁安裝→東西向連系梁安裝→鋼樓板安裝

3.3 鋼平臺安裝施工工藝

3.3.1 柱腳施工

鋼平臺鋼柱柱腳施工采用植筋的方式進行。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)場需植筋12處，每處植筋4根，規(guī)格為M30。根據(jù)GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》中相關(guān)內(nèi)容規(guī)定，計算確定植筋的錨固深度。

3.3.2 桁架安裝

主桁架可以分節(jié)段安裝或?qū)㈣旒茉诘孛嫫囱b成整體后吊裝。

3.3.3 連系梁安裝

為提高鋼梁吊裝速度，由制作廠在制作鋼梁時預(yù)留吊裝孔，作為吊點。可采用下列方法提高吊裝工效：對于大跨度、大噸位的連系梁（如南北向部分連系梁），可采用焊接吊耳的方法進行吊裝。單根連系梁質(zhì)量不大（如東西向連系梁），滿足一機多吊的要求時，可通過吊裝孔多件串吊。

3.3.4 鋼樓板安裝

1）鋼樓板安裝順序：以自西向東的順序先安裝第11道鋼樓板，然后以該道樓板為操作平臺向南北兩側(cè)進行對稱安裝，如圖7所示。

2）鋼樓板采用預(yù)留吊裝孔進行吊裝，預(yù)留孔設(shè)置在各個節(jié)點位置上。

3.3.5 鋼平臺焊接施工

焊接拼裝成單榀桁架的焊接順序為：下桁架桿焊接→上桁架桿焊接→斜腹桿焊接。

單榀桁架焊接成整體的焊接順序為：主桁架焊接固定→次桁架焊接于主桁架上→連系梁鉸接于主、次桁架上→鋼樓板焊接于主次桁架、連系梁上。

3.3.6 鋼平臺測量

通過首級測控點引測出一級控制網(wǎng)，然后通過高精度測量儀器引測到屋面，建立統(tǒng)一的鋼平臺安裝測量軸線控制網(wǎng)。鋼平臺最終安裝施工效果如圖8所示。

圖7 鋼樓板總體安裝順序示意

圖8 鋼平臺安裝施工效果

3.4 鋼平臺拆除

鋼平臺拆除順序恰好與安裝順序相反，拆除時依次為鋼樓板、東西向連系梁、南北向連系梁、次桁架、主桁架、鋼柱。

拆除時鋼樓板利用杠桿拆除；連系梁均鉸接于結(jié)構(gòu)，故直接利用扳手拆除；次桁架與主桁架利用半自動切割機在焊接位置切割，然后進行吊裝拆除；鋼柱拆除時，先拆除高強螺栓，然后吊裝拆除。

4 鋼平臺施工注意事項

1）通過儀器測量對拼裝構(gòu)件進行精確定位，防止拼裝時產(chǎn)生誤差。

2）鋼平臺施工位置在塔樓之間，施工時部分塔樓防護設(shè)施已經(jīng)拆除，在吊裝過程中嚴防桁架左右擺動，避免碰觸到塔樓主體結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)。

3）鋼平臺焊接施工時，要保證縱向焊縫和橫向焊縫（特別是橫向）能夠自由收縮。

4）如結(jié)構(gòu)上既有對接焊縫，也有角焊縫，則應(yīng)先焊收縮量較大的對接焊縫。

5）先焊立焊縫，后焊橫焊縫。

6）工作時應(yīng)力較大的焊縫先焊，使內(nèi)應(yīng)力分布合理。

7）平臺使用過程中每周對鋼平臺底部及主要受力構(gòu)件的標(biāo)高進行監(jiān)測，分析高差變化曲線，以判斷是否滿足安全使用要求。

5 結(jié)語

1）拼裝鋼平臺的設(shè)計綜合考慮了施工現(xiàn)場緊湊的空間資源和結(jié)構(gòu)條件，選用桁架＋型鋼梁＋鋼樓板的形式，整體焊接拼裝而成，保證了整體穩(wěn)定性。同時鋼平臺承載力高，可承載重達12 000 kN的連廊鋼結(jié)構(gòu)及其他施工荷載。

2）拼裝鋼平臺所采用的材料可進行周轉(zhuǎn)利用，節(jié)約成本，且分段合理明確，安拆快速便捷。

3）采用拼裝鋼平臺的安全性高。鋼平臺不僅作為大型高空連廊鋼結(jié)構(gòu)的拼裝平臺，還是下部裙樓天窗主體結(jié)構(gòu)的吊裝支撐平臺，上部幕墻及其鋼結(jié)構(gòu)、龍骨的拼裝平臺，土建施工的堆放平臺，同時作為天窗及下部結(jié)構(gòu)施工的封閉和硬質(zhì)防護平臺，避免了立體交叉作業(yè)無防護的風(fēng)險，保證施工過程的安全性。

4）拼裝鋼平臺在重慶來福士項目高空連廊結(jié)構(gòu)施工過程中起到了非常重要的作用。經(jīng)現(xiàn)場施工檢驗，該平臺保證了現(xiàn)場各項施工任務(wù)的順利完成，保證了項目施工工期，具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益，為同類工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗。