整体提升工艺在既有建筑新增钢结构施工中的应用

严凤英

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

随着城市的发展，许多具有历史价值的老建筑内部构造已不能满足当代人的使用需求，城市出现了越来越多的老建筑改造项目。其中将老厂房改造成剧场的项目，既保留了老建筑外形的人文情怀，又为老建筑赋予了新的功能。但在此类改造项目中，因剧院的空间要求高，必须充分利用保留建筑内有限的所有空间。而原建筑屋盖系统不足以满足舞台设备荷载需求，需在保留建筑屋盖下方新增顶盖，用以安装舞台设备。

新增的钢结构顶盖与保留建筑整体形状相同，且新、老结构净距极小，仅满足抗震要求，以此确保内部空间最大化，因而新增钢结构顶盖的施工难度更大。为了完成这一特殊、复杂的施工，需深入研究新、老结构相互位置关系，制定一套合理、有效的施工方案[1-2]，从而减少施工成本，缩短施工工期。

1 工程概况

梦想巨蛋改建工程位于上海外滩西岸原标志性的水泥加工厂基地中，将原石灰石预均化库改建成剧院，保留了原石灰石预均化库混凝土框架、肋环式钢结构网壳，内部新增钢框架结构。新增的穹顶钢屋盖与保留的屋盖钢结构同为球面体。保留建筑的直径为88.0 m，新增钢结构穹顶屋盖的直径为60.8 m，新、老结构圆心为同一点。保留建筑屋盖圆心处钢梁底部标高为26.479 m，新增屋盖圆心处钢梁顶标高为25.483 m，两者之间净距不足1 m，且此处为新老结构相离最远处。

新、老结构最近距离为0.2 m，位于钢柱顶部。新增钢结构施工前已拆除保留结构的屋面板和外墙。梦想巨蛋结构概况如图1所示。

图1 梦想巨蛋结构概况

根据相关鉴定报告，原石灰石预均化库屋面采用肋环式钢结构网壳，肋梁采用H型钢，环梁和肋梁之间的支撑杆采用圆形钢管，屋面檩条采用热轧轻型工字钢。屋面肋梁与环梁之间的连接方式为刚接，肋梁与支撑柱之间、撑杆与梁之间的连接方式为铰接，檩条与钢梁之间设置隅撑，檩条之间设置拉条。保留屋盖结构部分的钢材材料为A3或AY3。保留屋盖钢结构如图2所示。

图2 保留屋盖钢结构平面示意

新、老结构采用同一轴网，根据设计提供图纸，新屋面结构主梁和保留屋盖结构主梁中心线与轴线重合，新增屋盖钢结构如图3所示。

图3 新增钢结构情况平面示意

因保留屋盖结构存在结构沉降和偏移，按设计提供的定位圆心和轴网测量所得，和实际保留屋盖主梁中心线与轴线存在偏差。

2 初步安装方案设想

2.1 常规钢结构施工方案分析

根据传统钢结构施工工艺，梦想巨蛋穹顶钢屋盖可分块或分段吊装，分段处架设临时支撑，采用起重设备进行吊装。因既有建筑保留了屋盖钢结构和檩条，若将起重设备设置在跨外进行吊装，则每次吊装吊钩均需穿越保留的屋盖，吊装难度大，且容易破坏既有建筑。又因既有建筑为直径88 m的圆形穹顶框架结构，使用跨外设备吊装非常不经济。

若选用起重设备设置在既有建筑内进行吊装时，因新、老结构净距为200～1 000 mm，常规吊装设备无法满足起吊有效高度的要求。

2.2 常规原有建筑内钢结构施工方案分析

因常规钢结构施工工艺无法满足此项目施工，转而采用既有建筑钢结构施工的常规做法，考虑选用小型汽车吊在保留建筑内施工，此建筑若使用25 t汽车吊将大臂自保留屋盖空隙处伸出，再将吊钩放下进行吊装，则对既有建筑保护措施要求高，且对现场施工的安全监控要求也很高。同时分段处需架设临时支撑，因保留建筑内空间有限，要确保临时支撑布置空间、汽车吊行驶和停机空间位置、构件水平运输空间、吊装顺序和最后安装构件的空间位置，经过综合考虑，梦想巨蛋既有建筑内施工空间不足，无法采用25 t汽车吊直接吊装。

2.3 整体提升施工方案分析

因常规的钢结构吊装方案均不能满足此改建项目钢结构施工，最后考虑采用提升方案。本项目新增钢结构屋盖四周与18个钢立柱连接，经过对提升点的位置选择、提升支架的设计和位置选择、提升架的安装工艺等进行综合分析，提升的备选方案包括：6点提升、9点提升、18点提升和伞形提升。再经过提升模拟计算和分析，最终采取在钢立柱顶部设置18个提升点，采用整个屋盖18点同步提升的施工工艺。

3 提升架体的设置

提升装置设置在新建内圈18根钢柱顶部的位置，钢柱顶部与既有建筑钢屋盖净距约为200 mm，且新、老建筑主梁为同轴线，因此新建结构钢柱位于保留屋盖主梁正下方，无法在钢柱顶设置提升架。考虑到既有建筑屋盖的结构形式，将提升架设置为格构式，中间空出区域供老结构穿越提升架内部。整个提升架由多个杆件组成，在钢柱完成安装后，分块安装就位。

大屋面主梁间设置HM 550 mm×300 mm型钢提升梁，既作为设置提升点用，又能加强大屋面的结构稳定。千斤顶动力机构的下方设置在提升梁底部的提升牛腿上，提升梁与大屋面主梁刚接（图4～图6）。

图4 提升架平面示意

图5 提升立面图示意

图6 提升架与新建楼层框架钢结构模型示意

4 梦想巨蛋钢屋盖拼装施工

提升过程仅将钢屋盖垂直提升，不能在空中做任何旋转或倾斜动作，故新建钢屋盖采取在安装位置进行地面原位拼装的方式，拼装使用25 t汽车吊和70 t汽车吊。逐个轴线拼装，施工顺序与外围楼层钢柱钢梁相同。拼装时中间设置四方架临时支撑，外端设置工字钢临时支撑。

5 梦想巨蛋钢屋盖提升施工

钢屋架拼装在外围楼层钢结构施工至一半区域开始施工，待外围楼层钢结构全部施工完成后安装提升支架和提升设备，待屋架拼装完成后进行整体提升。

1#楼新建结构大屋面结构为直径60 m、高10 m的穹顶钢结构，安装就位后最顶部标高为25.483 m，质量约500 t，采用“钢绞线承重，液压千斤顶集群作业，计算机同步控制”的提升安装工艺。

1）在大屋面周围18根钢柱顶部设置提升架，布置穿心式液压千斤顶及液压泵站作为提升设备。以高强度低松弛钢绞线为承力部件，承重钢绞线通过液压千斤顶夹具固定下垂，然后通过钢绞线底锚与新增提升梁锚固。

2）采用计算机多参数自动控制，令上下锚交替作业，向上提起承重钢绞线，以钢绞线传递动力，钢屋盖上升，控制液压提升设备实现钢屋盖连续提升，将其提升至设计位置。应用液压装置对位校正后进行焊接固定。

3）提升到位后，补缺钢梁嵌补段、斜杆等，从而完成整体施工。

6 结语

今后更多的老结构建筑被保留下来，通过改造，在保留其外形及部分结构后赋予其新的使用功能。希望新建钢结构屋盖整体提升的施工方法在既有建筑改建施工中实现改造目标，更有效地缩短施工工期与节约资源。