[摘要] 通过上海环球金融中心钢结构安装的施工实践,重点介绍了超高层钢结构安装的施工难点、工艺流程及施工技术。[关键词] 钢结构;施工;测量;安装

上海环球金融中心位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区,主楼地上101 层,裙房地上5 层,地下3 层,总建筑面积381 600m2 ,建筑高度492m,是目前国内最高的超高层建筑。该工程钢结构总重量6.7 万t ,主要钢材材质为ASTM2A572M2345 级别,最大板厚100mm,在部分复杂节点部位采用铸钢件。该工程主楼采用钢筋混凝土劲性结构,外围结构由巨型柱、巨型斜撑和带状桁架组成,核心筒由内埋钢骨及桁架和钢筋混凝土组成。从第6 层开始,每12 层设置1 道1 层高的带状桁架(见图1) ,在28～31 层、52～55 层、88～91 层设置3 道伸臂桁架连接核心筒和外围结构(见图2) 。

1 　施工难点

1) 施工过程中因结构受力体系尚未形成,需采取施工措施维持结构的稳定,以达到最终的设计意图。外围结构中的巨型斜撑、带状桁架安装难度较大。

2) 在多个构件接头交汇处,因各个构件的安装误差不一致,需预先安排合理的安装顺序,才能保证每个钢结构施工段的闭合,并减少二次校正的工作量。

3) 测量精度要求高,还需考虑沉降、压缩变形等的影响。

4) 钢结构安装领先土建作业面施工,作业风险较大,需采取有效的安全防护措施。

2 　安装方案确定

本工程在核心筒内布置了2 台M900D 和1 台M440D 俯仰变幅式内爬塔吊,钢结构构件根据塔吊的起重能力和运输条件的限制进行分段分节,主要采用分段高空散装的工艺进行安装。

3 　安装流程

3.1 　平面施工区段划分

因混凝土核心筒结构先施工,外筒钢结构在平面上分为2 个区段:先安装巨型柱与混凝土核心筒相连的区段,然后安装巨型柱与巨型柱之间的区段,如图3所示。混凝土核心筒刚度大,与之相连的巨型柱通过楼层主梁与次梁固定,在校正完成后形成三角形的局部稳定体,并且同时解决了工作面拥挤、机具屯放无序、校正约束力过大等弊端,方便组织流水作业。

3.2 　立面施工区段划分

本工程钢结构立面施工分为4 个区段,如图4 所示,从上到下依次为:核心筒内埋结构及预埋件安装区段;外筒钢结构安装校正区段;外筒钢结构焊接、压型钢板铺设及栓钉焊接区段;内筒钢结构安装区段。各安装区段随核心筒的施工同步向上转移。

4 　巨型柱安装

巨型柱位于塔楼角部,截面为焊接箱形,分成2 层一节或3 层一节进行安装。巨型柱吊装就位后利用对接部位的连接板临时固定,在安装好与核心筒相连的楼层主梁之后,通过倒链、千斤顶或楔铁等进行垂直度及轴线位置的校正。在钢柱对接部位,为方便施工人员操作,设置专门的作业平台,在完成巨型柱焊接后向上通过倒链转移,避免高空搭设脚手架易产生的小件物体坠落事故的发生,克服施工人员的恐惧心理,提高了施工效率。

5 　巨型斜撑安装   

巨型斜撑在塔楼四面的巨型柱之间设置,截面为焊接箱形,内部填充混凝土,分为1 层一节或2 层一节。巨型斜撑相对相邻的构件单件重量大,而且是倾斜状态,安装时容易产生向下的弯曲变形,在施工过程中主要采取了下设临时支撑,并在相反方向用钢丝绳拉紧,防止巨型斜撑的偏心重量影响其余的小构件,如图5 所示。

6 　桁架安装

6.1 　带状桁架安装

带状桁架将每12 层的楼层荷载传递到巨型柱和核心筒上,但在施工阶段仅承受结构自重及施工荷载,所以必须对带状桁架进行预起拱。根据安装的工况,经计算18～19 层带状桁架跨度56m,起拱25mm,在深化设计阶段即考虑起拱量对各节点的影响,采用工厂制作折线起拱,现场安装时也依据深化设计图确定的轴线及标高进行验收。因带状桁架上下弦杆截面较腹杆及斜杆相差较

大,为尽量减少现场焊接作业量,加快施工进度,在确定分段时以上下弦杆为主,腹杆及斜杆全部分为单根散件,典型分段如图6 所示。

带状桁架安装时,在其下弦下部的楼层钢梁上设置独立支撑,与原结构柱一起支撑散装状态下的桁架。临时支撑的顶端有千斤顶,用于校正带状桁架。整体校正完毕后按照从中部向两端的顺序对称焊接。

6.2 　伸臂桁架安装

伸臂桁架连接内外筒,跨3 层高度,由上、下弦和斜腹杆组成,每道伸臂桁架处共8 榀。因伸臂桁架内侧的混凝土核心筒压缩变形与其外侧的巨型柱压缩变形不一致,为避免此变形过大对构件造成过大的安装应力,在施工阶段斜腹杆采用临时高强螺栓固定(见图7) ,待伸臂桁架两侧的压缩变形稳定后再采用焊接连接。连接耳板设计为双向长孔,以抵消变形。临时高强螺栓的承载力能保证塔楼在恶劣气候下结构的安全。

7 　测量

1) 标高及轴线基准点转移　利用激光铅直仪将主控制轴线点垂直引测至目标楼层,标高基准点每50m向上迁移1 次。

2) 新型测量技术的使用　本工程采用全站仪测量钢柱顶的三维坐标值来计算并校正钢柱垂直度偏差,结合日本清水建设公司专门开发的三维测量软件,可用手提电脑在测量校正现场同时用图形和数值显示两种形式,实时动态地反映出柱顶偏差,加快了测量校正的速度。

3) GPS 复核　计划在核心筒施工到70 、90 层及96层时,采用24 h 的GPS 动态观测,一是复测轴线基准控制点采用激光铅直仪经多次向上传递后的点位精度,二是测量大楼不同高度在一天内的摆动幅度及风力、气温、光照对大楼摆幅的影响规律。

8 　安全防护

8.1 　安全防护措施

钢结构作业面的安全防护措施主要有楼层钢梁之间的水平安全篼网和塔楼四周的安全扶手及安全挑网。水平安全篼网在楼层钢梁吊装就位后即开始设置,共设置2 层,以保证钢梁校正、压型钢板铺设人员以及测量人员的施工安全,在压型钢板铺设完成后拆除。周边安全挑网采用普通脚手架钢管焊接成3m ×6m的单元板块,板块中布设双层安全网和密目网,其根部通过普通螺栓固定在周边楼层钢梁上表面,外侧通过钢丝绳与上层钢梁拉结,既可以防止人员坠落,也可以防止小件物体坠落对地面人员造成伤害。安全挑网每3 层向上转移1 次。

8.2 　安全通道设置

压型钢板尚未铺设完成之前,利用设置在钢梁上和钢柱间的安全绳,作为人员通行时安全带的挂绳,并在钢梁之间并排铺设木跳板作为环向通道,施工人员通过楼层钢梁可以顺利地由核心筒到塔楼外侧。上下楼层之间设置专门的脚手架爬梯。因内筒和外筒之间施工面相差较大,没有设置外筒到内筒钢结构施工作业面之间的通道。

9 　结语

上海环球金融中心作为目前国内在建的最高建筑,在钢结构施工过程中面临许多以前没有遇到的难题。通过选择大型起重设备,结合工程的结构特点,采用现场高空散装的方式进行钢结构施工,有效地解决了这些问题,为同类工程的施工积累了大量经验。目前该工程核心筒已经施工至60 层,外筒钢结构安装至55 层,全部工程预计将在2008 年初竣工。     《施工技术》06/12