袁 鼎 羅建冬

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

拉斐爾云廊項目位于上海市松江區(qū)臨港漕河涇產(chǎn)業(yè)園，是在11棟已建的78.4 m高塔樓群之上安裝一個單層的波浪形鋁合金曲面網(wǎng)殼屋蓋。云廊（一期）長約736 m、寬約126 m，投影面積達86 000 m2，總質量為8 686.37 t，是全球最大的鋁合金網(wǎng)殼屋蓋（圖1）。

圖1 云廊整體效果圖

云廊為金屬桿件四邊形格構形成的不規(guī)則波浪形的單層曲面網(wǎng)格殼體[1-6]，12個波峰與10個波谷自然流動成形；波峰主要集中于10棟塔樓之上，最高點相對標高103 m；波谷主要集中在樓宇間，最低點相對標高86 m；檐口齊平，標高為92.8 m。邊梁及受力較大區(qū)域的網(wǎng)殼構件采用鋼構件，其余區(qū)域的網(wǎng)殼構件均為鋁合金構件。屋蓋含四邊形格構單元7 779個，其中1 784個單元上安裝太陽能光伏發(fā)電模塊，結合輻照分析，以塔樓頂部為中心向四周發(fā)散。

2 施工方案選擇

云廊覆蓋11棟塔樓及其裙房、高低連廊等，場況復雜，施工階段總共分成30個分區(qū)（圖2）。其中，施工難度最大的是南側塔樓之間的P區(qū)域，投影范圍內(nèi)為各異的4層矮裙房結構，單個P區(qū)域面積最大為5 000 m2，最大間距為134 m、最小間距為78 m，寬約55 m。該區(qū)域網(wǎng)殼質量約70 kg/m2，網(wǎng)殼高低起伏不一，最低點相對標高86 m、最高點相對標高103 m。

在方案設計初期，針對P區(qū)域跨度大、高度高、無支撐的特點，提出了3種網(wǎng)殼安裝的施工方案：

圖2 云廊施工分區(qū)平面布置

方案一：搭設滿堂支撐架高空散裝。

方案二：采用雙幅式正交桁架作為豎向及橫向支撐，采用吊裝的施工方法自地面安裝至塔樓屋面高度，然后再在上部設置與網(wǎng)殼匹配的臨時支撐系統(tǒng)進行網(wǎng)殼單元塊吊裝，待完成網(wǎng)殼安裝后，通過大型起重設備高空拆除所有措施結構。

方案三：根據(jù)網(wǎng)殼模數(shù)設計臨時措施鋼平臺，結合吊裝以及液壓整體提升的工藝進行措施鋼平臺的搭建。措施鋼平臺上部可設置臨時支撐，進行網(wǎng)殼單元塊的吊裝和固定，最后通過液壓整體下降工藝將措施鋼平臺下降至原拼裝胎架上進行拆除。

百米高的滿堂腳手架搭設代價巨大，且投影區(qū)域的頂板承載力難以滿足要求，故不予考慮；采用傳統(tǒng)的吊裝施工方案，在百米高空中施工風險大，對起重設備要求高，且對網(wǎng)殼吊裝分塊面積要求較高，施工階段將產(chǎn)生較大的施工應力；采用液壓整體提升及下降的工藝進行措施鋼平臺的搭拆，可以降低施工的難度及風險，但鋼平臺跨度較大，設計高度達7 m，施工難度大。

針對P區(qū)域的網(wǎng)殼施工，結合方案二、方案三，綜合考慮如下：

1）措施鋼平臺裝拆：P區(qū)域居中對稱加設6個自地面升起的格構式臨時支撐塔架以減小鋼平臺跨度，大大降低了鋼平臺的設計及施工難度，鋼平臺設計高度由7 m降為3 m；以塔樓框架柱和新增塔架作為鋼平臺提升及下降的承重結構，采用液壓整體提升和下降工藝進行措施結構的安裝和拆除，避免了措施結構拆除階段在網(wǎng)殼和鋼平臺之間吊裝的復雜工況，同時在地面胎架上拼裝大大減少了高空作業(yè)的風險。

2）網(wǎng)殼安裝：經(jīng)復核驗算，網(wǎng)殼采用9 m×9 m的九宮格單元塊進行吊裝，施工應力較小，施工精度可得到保證。

3 施工技術路線

本工程P區(qū)域采用高空搭設措施鋼平臺的方案進行網(wǎng)殼安裝，主要可劃分為以下3個施工階段：

1）措施鋼平臺及網(wǎng)殼支撐系統(tǒng)的搭建。措施鋼平臺以投影范圍內(nèi)的裙房頂高度為基準（標高都在20 m左右）設置拼裝胎架進行低空拼裝，同步進行輔助提升的措施結構以及網(wǎng)殼格構柱支撐系統(tǒng)的安裝，全部安裝就位后，采用液壓整體提升工藝將鋼平臺整體提升至塔樓屋面高度[4-6]，具體施工流程為：提升方案的確定與設計→新增提升支撐塔架安裝→塔樓外伸反力架安裝及原結構加固→鋼平臺低空拼裝→上部格構柱支撐系統(tǒng)安裝→提升設備的安裝與調試→鋼平臺整體提升→連接轉換終固→補完上部格構柱支撐系統(tǒng)。

2）網(wǎng)殼安裝與卸載。受限于提升塔架、鋼結構樹狀柱等結構，網(wǎng)殼在提升前無法安裝形成整體。因此，網(wǎng)殼待鋼平臺提升就位后采用兩側塔樓的平臂固定式塔吊進行九宮格單元吊裝。待兩側塔樓區(qū)域網(wǎng)殼安裝完成并與鋼結構樹狀柱焊接形成整體后，選擇P區(qū)域鋼桿件較多的位置搭設一連橋將2棟塔樓連接起來，網(wǎng)殼以此連橋為基準向兩側延伸安裝，安裝完成后根據(jù)方案要求分區(qū)域、分階段進行同步卸載，具體施工流程為：兩側塔樓網(wǎng)殼安裝完成→搭建連橋→延伸安裝→整體成形→附屬結構安裝→等待卸載→同步卸載。

3）措施結構拆除。網(wǎng)殼及其附屬結構安裝完成后，進行措施結構的拆除。P區(qū)域措施鋼平臺采用液壓整體下降至拼裝胎架上進行拆除，具體施工流程為：拆除妨礙提升的措施結構→鋼平臺整體下降→提升支撐塔架拆除→鋼平臺低空拆除。

4 措施鋼平臺及網(wǎng)殼支撐系統(tǒng)的搭建

4.1 措施鋼平臺概況及搭建

P區(qū)域措施鋼平臺最長134 m、寬57 m，主要由8榀對稱布置的平面桁架組成（圖3）。鋼平臺桁架高3 m，主要型材為HW400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼、φ325 mm×12 mm鋼管、□400 mm×400 mm×16 mm×16 mm方鋼等，鋼平臺凈重約750 t，上部支撐網(wǎng)殼安裝的格構柱系統(tǒng)約200 t，合計提升質量為900～1 000 t。

由于網(wǎng)殼自身高差達到17 m，且措施鋼平臺設計時考慮依附于塔樓傳遞荷載，因此，措施鋼平臺最終標高定為77.2 m，兩側塔樓18層框架柱設計有外伸反力架進行鋼平臺提升及擱置?？紤]到鋼平臺跨度太大，在P區(qū)域居中位置增加了6個臨時支撐塔架以減小鋼平臺跨度，同時作為鋼平臺提升點及擱置點。措施鋼平臺帶格構柱支撐系統(tǒng)采用整體提升及下降的方案進行裝拆，提升高度約56 m，由拼裝時標高21 m提升至終固標高77.2 m，合計20個提升點、28個擱置點（圖4）。

圖3 P區(qū)域措施鋼平臺示意

圖4 P區(qū)域措施鋼平臺平面布置

4.1.1 鋼平臺低空拼裝

根據(jù)現(xiàn)場土建以及措施結構的最高點，確定鋼平臺低空拼裝的標高為＋21 m，在地下室頂板以及裙房上根據(jù)吊裝分段設置臨時支撐胎架。

鋼平臺主桁架根據(jù)方案的分段要求，先采用汽車吊在地面進行組拼，然后通過南側450 t履帶吊以及北側ZSL380行走式塔吊吊裝到裙房頂胎架上。

拼裝前，先在所有臨時支撐頂部進行鋼平臺主桁架中心線及邊線的放樣，每一次吊裝根據(jù)放樣先進行初步定位，然后通過全站儀測量，使用起重葫蘆以及吊機配合微調，將坐標及標高調整到位后焊接固定，兩側塔吊應同時配合安裝次桁架，使之形成穩(wěn)定的結構后方可松鉤。

4.1.2 上部格構柱系統(tǒng)吊裝

利用兩側1#、3#樓塔吊吊裝不影響提升施工的鋼平臺上部的格構柱支撐系統(tǒng)（圖6）。

4.2 新增提升支撐塔架安裝

本項目在P區(qū)域居中對稱加設了6個格構式臨時支撐塔架，作為鋼平臺提升、擱置以及下降的承重結構之一。新增塔架中心尺寸為3.2 m×5.2 m，主肢為φ609 mm×14 mm的圓管，主要規(guī)格為8、12 m的標準節(jié)，通過法蘭螺栓連接，塔架頂標高為＋80.0 m，頂部設置連系梁進行約束。塔架安裝時采用450 t履帶吊以及ZSL380行走式塔吊進行吊裝，每節(jié)吊裝時通過全站儀測量調節(jié)垂直度。

新增提升塔架頂部設置1根箱梁用以放置千斤頂來提升鋼平臺上弦，底部設計外伸牛腿作為終固點擱置鋼平臺下弦（圖5）。

4.3 塔樓提升反力架安裝及原結構加固

P區(qū)域兩側塔樓作為鋼平臺提升、擱置以及下降的主要承重結構，依附塔樓鄰邊的框架柱伸出16個反力架，反力架與混凝土柱采取抱箍灌漿的形式進行連接固定。塔樓反力架跨17、18兩層樓高度，相當于2個復合的“7”字架疊加，上下2個“7”字架節(jié)點處設置小箱體銷軸作為鋼平臺牛腿的擱置點（圖6）。其中，鋼平臺提升或下降階段僅角柱的8個反力架放置提升設備來提升或下降鋼平臺上弦。

圖5 新增提升塔架提升及擱置節(jié)點

圖6 塔樓提升反力架提升及擱置節(jié)點

由于塔樓的懸臂梁截面較小，所有塔樓提升點處的角柱懸臂梁抗剪承載力無法滿足提升要求，故在其柱邊外伸1 m范圍內(nèi)采取植筋擴大截面的加固措施。

4.4 提升設備的安裝與調試

對鋼平臺帶部分上部格構柱支撐系統(tǒng)進行提升狀態(tài)下的建模分析，計算得出各提升點的荷載，對應配置提升設備以及鋼絞線。完成前期鋼平臺及相關措施的安裝工作后，進行提升設備的安裝與調試。P區(qū)域措施鋼平臺提升主要采用了16個100 t穿心式液壓千斤頂、4個200 t穿心式液壓千斤頂，總計20個提升點，設備布置如圖7所示。

圖7 P區(qū)域措施鋼平臺提升設備平面布置

安裝前，先根據(jù)提升支架及擱置箱梁預留槽口的圓心將液壓千斤頂投影至鋼平臺桁架上，保證投影點與預設提升點的誤差在2 cm以內(nèi)，根據(jù)投影點進行下吊具的安裝，保證液壓千斤頂上下同心。

根據(jù)各提升點荷載的大小對每個千斤頂配置對應數(shù)量的鋼絞線，左、右旋各一半，在地面上將鋼絞線穿入千斤頂并夾緊上下錨具，通過兩側塔吊進行千斤頂?shù)牡跹b。安裝就位后設置壓板固定，然后根據(jù)編號將泵站及分控箱吊裝到位，并拉通通信線以及電源。

提升設備安裝完成以后對各站點進行單獨調試以及聯(lián)動調試，確保設備及控制系統(tǒng)運轉正常，繃緊所有鋼絞線，準備鋼平臺的整體連續(xù)提升。

4.5 鋼平臺的整體連續(xù)提升

1）預提懸停。準備工作就緒之后，斷開鋼平臺與拼裝胎架的連接，鋼平臺預提騰空約10 cm，并懸停靜置12 h以上。待結構因自重產(chǎn)生的變形穩(wěn)定后，觀察鋼平臺結構、千斤頂放置點的措施結構、土建原結構等變形情況，并測量復核新增提升支撐塔架的垂直度變化。

2）鋼平臺整體連續(xù)提升。懸停12 h后，對鋼平臺進行整體測量并與初始狀態(tài)比較，鋼平臺調整姿態(tài)后正式開始提升。采用計算機控制各站點泵站，通過穿心式液壓千斤頂集群實現(xiàn)鋼平臺全自動同步提升。提升過程中需要在外部使用測量儀器觀測鋼平臺高度和高差，實時調整鋼平臺狀態(tài)。鋼平臺在提升過程中的整體高差應控制在設計允許范圍內(nèi)，以保證各提升點的同步性滿足要求。各提升點的提升荷載或高差出現(xiàn)異變或被提升結構的變形超出相應值時，應立即停止提升。

3）落架終固。連續(xù)提升至快到就位位置時，將計算機自動控制調為人工手動控制，連接轉換階段需要多提升3 cm，以預留施工作業(yè)面，然后關閉油缸保持結構，進行反力架銷軸的安裝和塔架牛腿的焊接，最后通過下降行程將鋼絞線上的載荷全部轉移至塔樓反力架和新增塔架的2個承重結構上，測量鋼平臺平整度，檢查28個擱置點并墊平抄實，完成落架。

為縮短鋼平臺落架終固的時間以及實現(xiàn)對塔樓幕墻的成品保護，在兩側塔樓反力架上設置了牛腿銷軸的擱置節(jié)點。擱置牛腿根據(jù)反力架投影坐標調整好后在提升前完成焊接，提升就位后僅安裝插銷即可落架，減少高空焊接工作量和時間，大大提高鋼平臺落架效率，同時避免了對下部樓層幕墻的破壞。

5 網(wǎng)殼安裝與卸載

5.1 格構柱設置

根據(jù)復核驗算以及鋁合金網(wǎng)殼的施工經(jīng)驗，本項目對鋼平臺區(qū)域的網(wǎng)殼采用九宮格的小單元塊進行吊裝（圖8），基本可以達到零應力施工的要求。鋼平臺上部按9 m×9 m對應區(qū)域正交布置格構柱，最短格構柱高7 m、最高格構柱高20 m，格構柱之間采用扁平格構式走道梁連通，頂部采用可調節(jié)的絲桿頂托進行網(wǎng)殼擱置。

圖8 網(wǎng)殼的格構柱臨時支撐體系

5.2 網(wǎng)殼安裝

由于單層網(wǎng)殼結構較柔，故P區(qū)域網(wǎng)殼必須在兩側塔樓屋面區(qū)域網(wǎng)殼安裝完成并與鋼結構樹狀柱焊接形成整體以后方可進行安裝。安裝思路為選擇鋼桿件較多的區(qū)域從兩側塔樓依次相向搭橋連接，搭橋完成后以連橋區(qū)域網(wǎng)殼為基準向兩側發(fā)散安裝（圖9）。

圖9 P區(qū)域網(wǎng)殼施工流程

5.3 網(wǎng)殼分階段整體卸載

本項目網(wǎng)殼采用分階段卸載，將11棟塔樓分為5個卸載分區(qū)，每次進行1個分區(qū)的網(wǎng)殼卸載時，必須與未安裝區(qū)域保留1個分區(qū)作為過渡區(qū)域，避免卸載影響后續(xù)網(wǎng)殼的安裝。已卸載區(qū)域可以提前交付，同時也可以周轉措施材料，大大降低了施工成本，縮短了工期。

網(wǎng)殼單個分區(qū)卸載時盡可能做到同步卸載，根據(jù)卸載計算模型得出各支撐點位的卸載量，采用多步分級循環(huán)的方式將卸載支撐點下移，使可調托座隨著逐級卸載和主結構逐步脫開，使網(wǎng)殼結構平緩地達到設計受力狀態(tài)。

6 措施結構拆除

鋼平臺寬達53 m、高達77.2 m，網(wǎng)殼高低落差大，鋼平臺與網(wǎng)殼最小間距為7 m，且網(wǎng)殼投影區(qū)域為裙房，無法上起重設備，采用常規(guī)的吊裝方案進行措施結構拆除的施工難度極大。

本工程在完成網(wǎng)殼的安裝和卸載后，鋼平臺沿用原提升系統(tǒng)整體下降至原拼裝胎架并拆除，避免了在網(wǎng)殼和鋼平臺夾縫之間拆除的復雜工況。

7 結語

高空大跨度單層鋁合金網(wǎng)殼的施工難度大、安裝要求高、安全風險大，將液壓整體提升應用到此類網(wǎng)殼施工中可大大降低施工風險，為鋁合金網(wǎng)殼的安裝提供一個安全穩(wěn)定的作業(yè)平臺。

臨時措施鋼平臺在設計階段可根據(jù)網(wǎng)殼的安裝要求相應設置臨時支撐，可很好地匹配網(wǎng)殼安裝施工，盡量減小施工過程中的應力。同時，在網(wǎng)殼安裝完成后沿用原設備進行措施結構的整體下降，避免起重設備在網(wǎng)殼和鋼平臺有限夾層空間內(nèi)進行拆除作業(yè)，降低拆除風險，提高拆除效率。