国贸金融中心41m跨钢连廊整体提升施工技术
——裙楼屋面拼装钢连廊后整体提升

沈顺飚 张鸿文 罗新明

(国贸地产集团有限公司 福建厦门 361006)

1 工程概况

厦门国贸金融中心总建筑面积25万m2，建筑高度138.50m，由裙楼和南北两栋塔楼组成。裙楼屋顶标高为23.20m，南北布置两栋超高层甲级办公塔楼。两栋塔楼通过26～30层的钢连廊连为一体，如图1所示。

图1 国贸金融中心鸟瞰图

钢连廊位于(1-2～1-7)轴交(1-A～1-D)轴26F～30F，轴线跨距41m，底部安装建筑高度114.1m，总重量1280t，提升重量1044t。其中，26层为结构转换层，设计为箱型钢桁架结构，由4榀主桁架、4榀次桁架及钢梁组成。27层以上为钢框架结构。钢连廊26F结构层两端与南北塔楼主核心筒预埋牛腿之间采用刚性连接。钢连廊平面图、立面图分别如图2～图3所示。

图2 钢连廊平面示意图

图3 钢连廊立面示意图

2 工程难点

为了配合项目商业裙楼精装修进度，需在裙楼采光顶幕墙上方进行钢连廊安装施工。由于钢连廊体型大，空中拼装工作量大、安全风险高，且现场垂直运输设备难以满足构件吊装要求，综合考虑该工程的实际情况，最终采用 “裙楼屋面拼装，整体提升” 的施工方案[1]。

该方案主要先将钢连廊构件在裙楼屋面的组装平台上进行拼装，再利用提升设备将钢连廊整体提升至设计标高进行结构连接。方案的主要难点有以下4点。

2.1 结构体型和施工难度大

钢连廊跨度大(轴线跨距41m)，安装高度高(安装结构标高113.92m)，安装构件重(单件构件最重约48.5t)，吊装作业半径大(作业半径最大70m)。

2.2 整体提升同步性控制要求高

该钢连廊体型及自重大，提升点较多，在整体提升过程中，需采用多点同步提升系统进行精密控制，确保所有提升点的同步性，避免因施工应力不均造成结构破坏。

2.3 施工应力变化较为复杂

钢连廊在整体提升施工中，施工状况与设计状况有所不同。考虑钢连廊各杆件在提升过程中以及提升系统卸载前后的受力及变形安全，应按设计复核要求增设临时加固杆件，并采取相应的调整、控制措施。

2.4 防风措施要到位

项目位于厦门岛东端滨海区域，气象条件较为复杂。同时，风洞试验结果表明，风荷载最大负压出现在门字形内侧墙面，将直接影响钢连廊的提升施工。故，需充分考虑风荷载影响，并采取有效的控制措施和应急措施。

3 钢连廊吊装主要施工流程

在裙楼屋顶的连廊投影位置设置钢结构组装平台，采用650t履带吊先将构件吊上组装平台并拼装成整体，再利用“液压同步提升系统”将钢连廊整体提升到设计标高，然后与南北塔楼的牛腿进行高空对接，完成连廊钢结构的安装。

主要施工流程：①主桁架牛腿预埋，塔楼主体结构封顶→②吊机场地加固、平整硬化→③650t履带吊进场、组装→④裙楼屋面组装平台拼装→⑤钢连廊组装、提升装置安装调试→⑥钢连廊试提升→⑦钢连廊整体提升、就位→⑧钢连廊空中对接→⑨平台拆除、吊机退场。

4 提升前施工组织

4.1 施工平面布置及吊机选型

根据项目结构体型，结合地下室顶板承载能力、报告厅高度、吊装距离及吊装最大荷载等影响因素，主要在项目北侧市政绿化带内布置一台650t履带吊负责组装平台及钢连廊的吊装。施工平面布置如图4所示。

该工程吊机中心距裙楼边柱轴线14.7m，最大吊装作业半径70m；钢连廊最重构件重量48.5t，最大吊装荷载54.5t(单构件重量48.5t+吊具重量6t=54.5t)。根据最大工作半径和最大吊装重量，吊机选用650t大型履带吊(QUY650SHW超起工况)。根据该履带吊起重表进行核对，吊装作业最大半径70m的额定起重量为61t，满足构件吊装要求。

4.2 组装钢平台安装

组装钢平台设置于裙楼顶部钢连廊投影位置处，平台顶部标高34.60m，利用裙楼结构13根混凝土柱作为组装平台支撑点传力构件。由设计单位对原结构承载力进行复核。组装平台及钢连廊现场组装如图5所示。

4.3 提升装置

(1)提升装置的布置

在南、北塔楼27F(结构顶标高118.15m)的牛腿上分别设置4个上吊点，下吊点设置在对应上吊点的连廊下弦杆型钢端部。吊点提升装置布置如图6所示。

图4 施工组织平面布置

图5 组装平台及钢连廊现场组装

图6 吊装点布置

(2)提升装置的节点做法

上吊点在两座塔楼核心筒主桁架外伸牛腿上弦的上部安装提升梁结构，下吊点在主桁架结构下弦的下部安装提升下吊点托梁结构。上、下吊点提升梁(托梁)的截面尺寸均为600mm×400mm×20mm×30mm，梁长1.5m，材料为Q345B。在提升吊点(即提升梁、托梁的悬臂端)两侧各加焊2块加劲肋板(t=20mm)[2]。上吊点提升装置节点如图7～图8所示。

图7 上吊点提升装置节点图图8 上吊点提升装置剖面图

(3)提升装置的受力验算

钢连廊整体提升重量为1044t。根据专业单位提升设备的额定功率，以及油缸锚片与钢绞线在低应力下自锁作用的工作情况，每个提升点布置2台200t式液压提升器，共计16台200t液压提升器进行钢连廊整体提升。

提升总重量F=16×200t=3200t≥G=1044t；

提升系统安全系数：n=F/G=3200t/1044t=3.0>1.25(规范要求安全系数)。

根据钢连廊自重、10级风荷载(厦门十年一遇)作用下的最大提升荷载为1596KN。考虑提升不同步20%荷载增量，综合工况下每个吊点提升装置最大提荷载2682kN<3920kN(每个提升点2台千斤顶)。

根据提升装置的几何尺寸、截面尺寸，采用ANSYS软件建立有限元模型。模型中板材材料为Q345，依据钢结构规范表3.4.1-1及板厚，取强度设计值f=295MPa。

按照上述荷载及边界条件对提升装置进行应力、变形计算：

上吊点提升装置的最大应力为141MPa<295MPa，应力最大位置为约束位置角点，整体应力小于100MPa；最大变形为1.13mm。上吊点提升装置应力图如图9所示。

图9 上吊点提升装置应力图

下吊点提升装置的最大应力为224MPa<295Mpa，应力最大位置为锚盘接触面，整体应力小于100MPa；最大变形为0.97mm。

上下吊点提升装置结构均满足强度及变形要求[3]。

4.4 钢连廊组装

钢连廊组装前，利用测量仪器将钢连廊的纵横轴线等控制线在钢平台上布设准确，做好标识。用全站仪对南北塔楼所有已安装牛腿的空间坐标进行测量，投影到钢结构组装平台上，与控制轴线进行核对并调整钢连廊控制轴线。钢连廊按照调整后的控制线进行组装，确保钢连廊提升到位后与塔楼结构预埋牛腿精确对接。先安装26F主、次桁架，再安装上部楼层钢结构。主桁架梁、楼层钢梁与牛腿的焊缝均错缝设置[4]。

钢连廊提升点的位置应与提升点在同一铅垂线上，水平偏差不应大于提升高度的1/1000，且不应大于50mm。该连廊的净提升高度为ΔH= 114.10m～34.60m=79.50m，根据规范要求，水平偏差应控制在50mm内。

5 钢连廊整体提升

5.1 提升准备

(1)根据工程进度、天气条件及工地准备情况确定提升日期。提升时的天气要求：2d～3d内不下雨，风力不大于6级。

(2)根据结构或设备提升到位后的体系转换和连接固定编制专项方案，对提升过程中可能遇到的异常气象条件编制应急预案。

(3)提升作业之前，再次对提升设备、支承结构和钢连廊结构、应急措施等进行检查。

(4)提升支承结构之间设置过道和操作点，设置应急停留和检修的施工平台。

(5)在裙楼屋面、17F避难层、塔楼屋面等3处空旷位置设置测风仪器，实时监测、反馈风力情况。

5.2 整体试提升

(1)分级加载：提升系统调试完成后，液压同步提升系统按20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的荷载比例逐级加载，加载过程中持续观察结构情况。每一级加载完毕，均应对整体提升装置和钢连廊进行检查、检测，如：上下吊点结构、桁架结构等加载前后的变形情况，以及主楼结构的沉降观测、稳定性等。检查情况正常后继续下一级加载。

(2)悬停观察：分级加载至钢连廊即将离开组装平台时，降低提升速度并仔细观查各监测点离地情况，确保钢连廊平稳脱离组装平台。若有个别点位不同步，暂停整体提升。对该点提升设备进行调校并 “点动提升”调整至同一标高后，再继续提升。当钢连廊脱离组装平台约100mm时，停止提升，静置约12h。

(3)系统检查：连廊悬停静置12h后，检查各个提升点的临时措施是否正常，测量各吊点标高并计算出吊点间相对高差。通过液压提升设备调整吊点高度，使连廊保持整体水平。以调整后的吊点高度为新的初始位置，复位位移传感器。各项工作确认无误后进行下一步整体提升[5]。

5.3 整体提升

(1)考虑影响提升速度的因素主要有液压油管的长度及泵站的配置数量，按照设备配置情况，连廊整体实际提升速度约12m/h。

(2)钢连廊提升至设计高度以下约200mm，调低提升系统液压泵频率，降低提升速度至2mm/s。至设计高度以下20mm时，降低提升速度至1mm/s，接近设计标高时进行微调，使钢连廊精准就位。

(3)钢连廊结构对接及就位。钢连廊到达设计标高后，对结构的平面位置和标高进行核对、校正。先安装连廊26F主桁架嵌补段，使钢连廊与两侧牛腿结构形成整体；然后焊接27～30F钢结构与外伸牛腿。

(4)提升支承结构的卸载和拆除。钢连廊与主体结构经检测无异常后方可进行提升系统卸载。完全卸载后，拆除提升设备及临时结构，提升施工结束，移交下一工序。6级及以上的大风和雨雪天气不进行提升支承结构的拆除工作。

6 提升同步控制措施

6.1 提升环境控制

提升过程中，对提升通道进行检查。当提升通道出现障碍物时停止提升，采取措施清除障碍物后方可继续提升。

6.2 提升同步控制措施

该工程液压同步提升，采取“荷载+位移”的组合控制模式，液压整体提升过程中，同时监控各吊点荷载差异及位移差。

(1)荷载监控措施

每个提升吊点均设置油压传感器，主控计算机通过现场实时网络监测每个提升吊点的荷载变化。荷载差异控制值为5%，如果提升吊点的荷载有异常的突变，则计算机会自动停机，并报警示意。

(2)位移监控措施

在提升系统中，设定主令提升吊点，其它提升吊点(跟随提升吊点)均以主令吊点的位置作为参考来进行调节。钢连廊整体提升前，在主、次桁架交汇处设置16个位移控制监测点。钢连廊每提升30m后暂停提升，用激光测距仪对提升点进行标高测量监控，保证整体提升同步。位移差控制值为5mm，一旦发现存在异常情况，立即停止提升并启动应急预案。

6.3 水平位移控制措施

为了解决提升过程中钢连廊的晃动(位移控制值≤±300mm)及风荷载影响，采用“导向滑轮”对钢连廊水平位移进行限位，防止因晃动产生的结构应力破坏。

具体做法是：以核心筒结构外表面作为工作面，在26层桁架外侧四角设置“滑轮+弹簧”组合结构件，利用弹簧保证滑轮始终与核心筒表面保持接触，并随核心筒表面进行调节，通过“滑轮销轴+弹簧+结构件”承受水平风荷载，控制结构水平位移。由于钢连廊纵向方向两侧为封闭核心筒，该方向的水平位移不予考虑。防风措施如图10所示。

图10 防风措施 布置及节点图

6.4 垂直控制措施

为了调整钢连廊在提升过程中的空间姿态，保证连廊桁架杆件精确对接等，需要对钢连廊结构的垂直度进行微调。在微调开始前，将同步控制系统由自动模式切换成手动模式。根据需要，对整个液压提升系统中各个吊点(或单点)的液压提升器进行微调(向上或向下)，使主桁架精确提升至设计位置。调整到位后，液压提升系统设备暂停工作，各锚具均由液压锁紧状态转换为机械自锁状态，保持钢连廊空间姿态，随后进行结构对接就位。

6.5 卸载控制措施

由于钢连廊与两栋塔楼连接方式为固接，对接后形成刚度较大的超静定体系，提升状态与最终设计状态(固接后)的结构体系不同，需提前对结构体系转换进行设计分析。根据卸载不同步效应的结构验算分析，确定合理的卸载顺序。按计算的提升荷载为基准，所有吊点分级卸载，每级卸载10%。

提升系统卸载过程中会出现荷载转移现象，即卸载速度较快的点将荷载转移到卸载速度较慢的点上，导致个别吊点可能超载。通过密切监控计算机控制系统中的压力和位移值，若某些吊点的荷载超过卸载前荷载的10%，或者吊点位移不同步达到10mm，则立即停止其它点卸载，而单独卸载异常点。

6.6 应急加固措施

提升工程考虑3个风荷载等级， 6级风力以内可以提升， 8级风及以下不需要加固，若提升时突然遭遇10年一遇以上大风，按照应急预案在最短时间内对钢连廊及支承结构进行临时加固。

6.7 主体结构监测

由于钢连廊就位后项目整体结构体系和受力状况发生较大变化，需对主体结构进行观察、检测，尤其对塔楼核心筒周边区域的墙体裂缝、沉降进行全面、持续观察。

7 结语

该钢连廊整体提升施工前后历时约26h。整个实施过程高空作业量较少，安装工期大为缩短，施工经济性好。钢连廊整体提升工程的顺利实施，为国贸金融中心项目如期竣工交付奠定了坚实的基础，同时荣获2016年度上海市建设工程金属结构“金钢奖”。