整體提升工藝在既有建筑新增鋼結構施工中的應用

嚴鳳英

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著城市的發展，許多具有歷史價值的老建筑內部構造已不能滿足當代人的使用需求，城市出現了越來越多的老建筑改造項目。其中將老廠房改造成劇場的項目，既保留了老建筑外形的人文情懷，又為老建筑賦予了新的功能。但在此類改造項目中，因劇院的空間要求高，必須充分利用保留建筑內有限的所有空間。而原建筑屋蓋系統不足以滿足舞臺設備荷載需求，需在保留建筑屋蓋下方新增頂蓋，用以安裝舞臺設備。

新增的鋼結構頂蓋與保留建筑整體形狀相同，且新、老結構凈距極小，僅滿足抗震要求，以此確保內部空間最大化，因而新增鋼結構頂蓋的施工難度更大。為了完成這一特殊、復雜的施工，需深入研究新、老結構相互位置關系，制定一套合理、有效的施工方案[1-2]，從而減少施工成本，縮短施工工期。

1 工程概況

夢想巨蛋改建工程位于上海外灘西岸原標志性的水泥加工廠基地中，將原石灰石預均化庫改建成劇院，保留了原石灰石預均化庫混凝土框架、肋環式鋼結構網殼，內部新增鋼框架結構。新增的穹頂鋼屋蓋與保留的屋蓋鋼結構同為球面體。保留建筑的直徑為88.0 m，新增鋼結構穹頂屋蓋的直徑為60.8 m，新、老結構圓心為同一點。保留建筑屋蓋圓心處鋼梁底部標高為26.479 m，新增屋蓋圓心處鋼梁頂標高為25.483 m，兩者之間凈距不足1 m，且此處為新老結構相離最遠處。

新、老結構最近距離為0.2 m，位于鋼柱頂部。新增鋼結構施工前已拆除保留結構的屋面板和外墻。夢想巨蛋結構概況如圖1所示。

圖1 夢想巨蛋結構概況

根據相關鑒定報告，原石灰石預均化庫屋面采用肋環式鋼結構網殼，肋梁采用H型鋼，環梁和肋梁之間的支撐桿采用圓形鋼管，屋面檁條采用熱軋輕型工字鋼。屋面肋梁與環梁之間的連接方式為剛接，肋梁與支撐柱之間、撐桿與梁之間的連接方式為鉸接，檁條與鋼梁之間設置隅撐，檁條之間設置拉條。保留屋蓋結構部分的鋼材材料為A3或AY3。保留屋蓋鋼結構如圖2所示。

圖2 保留屋蓋鋼結構平面示意

新、老結構采用同一軸網，根據設計提供圖紙，新屋面結構主梁和保留屋蓋結構主梁中心線與軸線重合，新增屋蓋鋼結構如圖3所示。

圖3 新增鋼結構情況平面示意

因保留屋蓋結構存在結構沉降和偏移，按設計提供的定位圓心和軸網測量所得，和實際保留屋蓋主梁中心線與軸線存在偏差。

2 初步安裝方案設想

2.1 常規鋼結構施工方案分析

根據傳統鋼結構施工工藝，夢想巨蛋穹頂鋼屋蓋可分塊或分段吊裝，分段處架設臨時支撐，采用起重設備進行吊裝。因既有建筑保留了屋蓋鋼結構和檁條，若將起重設備設置在跨外進行吊裝，則每次吊裝吊鉤均需穿越保留的屋蓋，吊裝難度大，且容易破壞既有建筑。又因既有建筑為直徑88 m的圓形穹頂框架結構，使用跨外設備吊裝非常不經濟。

若選用起重設備設置在既有建筑內進行吊裝時，因新、老結構凈距為200～1 000 mm，常規吊裝設備無法滿足起吊有效高度的要求。

2.2 常規原有建筑內鋼結構施工方案分析

因常規鋼結構施工工藝無法滿足此項目施工，轉而采用既有建筑鋼結構施工的常規做法，考慮選用小型汽車吊在保留建筑內施工，此建筑若使用25 t汽車吊將大臂自保留屋蓋空隙處伸出，再將吊鉤放下進行吊裝，則對既有建筑保護措施要求高，且對現場施工的安全監控要求也很高。同時分段處需架設臨時支撐，因保留建筑內空間有限，要確保臨時支撐布置空間、汽車吊行駛和停機空間位置、構件水平運輸空間、吊裝順序和最后安裝構件的空間位置，經過綜合考慮，夢想巨蛋既有建筑內施工空間不足，無法采用25 t汽車吊直接吊裝。

2.3 整體提升施工方案分析

因常規的鋼結構吊裝方案均不能滿足此改建項目鋼結構施工，最后考慮采用提升方案。本項目新增鋼結構屋蓋四周與18個鋼立柱連接，經過對提升點的位置選擇、提升支架的設計和位置選擇、提升架的安裝工藝等進行綜合分析，提升的備選方案包括：6點提升、9點提升、18點提升和傘形提升。再經過提升模擬計算和分析，最終采取在鋼立柱頂部設置18個提升點，采用整個屋蓋18點同步提升的施工工藝。

3 提升架體的設置

提升裝置設置在新建內圈18根鋼柱頂部的位置，鋼柱頂部與既有建筑鋼屋蓋凈距約為200 mm，且新、老建筑主梁為同軸線，因此新建結構鋼柱位于保留屋蓋主梁正下方，無法在鋼柱頂設置提升架。考慮到既有建筑屋蓋的結構形式，將提升架設置為格構式，中間空出區域供老結構穿越提升架內部。整個提升架由多個桿件組成，在鋼柱完成安裝后，分塊安裝就位。

大屋面主梁間設置HM 550 mm×300 mm型鋼提升梁，既作為設置提升點用，又能加強大屋面的結構穩定。千斤頂動力機構的下方設置在提升梁底部的提升牛腿上，提升梁與大屋面主梁剛接（圖4～圖6）。

圖4 提升架平面示意

圖5 提升立面圖示意

圖6 提升架與新建樓層框架鋼結構模型示意

4 夢想巨蛋鋼屋蓋拼裝施工

提升過程僅將鋼屋蓋垂直提升，不能在空中做任何旋轉或傾斜動作，故新建鋼屋蓋采取在安裝位置進行地面原位拼裝的方式，拼裝使用25 t汽車吊和70 t汽車吊。逐個軸線拼裝，施工順序與外圍樓層鋼柱鋼梁相同。拼裝時中間設置四方架臨時支撐，外端設置工字鋼臨時支撐。

5 夢想巨蛋鋼屋蓋提升施工

鋼屋架拼裝在外圍樓層鋼結構施工至一半區域開始施工，待外圍樓層鋼結構全部施工完成后安裝提升支架和提升設備，待屋架拼裝完成后進行整體提升。

1#樓新建結構大屋面結構為直徑60 m、高10 m的穹頂鋼結構，安裝就位后最頂部標高為25.483 m，質量約500 t，采用“鋼絞線承重，液壓千斤頂集群作業，計算機同步控制”的提升安裝工藝。

1）在大屋面周圍18根鋼柱頂部設置提升架，布置穿心式液壓千斤頂及液壓泵站作為提升設備。以高強度低松弛鋼絞線為承力部件，承重鋼絞線通過液壓千斤頂夾具固定下垂，然后通過鋼絞線底錨與新增提升梁錨固。

2）采用計算機多參數自動控制，令上下錨交替作業，向上提起承重鋼絞線，以鋼絞線傳遞動力，鋼屋蓋上升，控制液壓提升設備實現鋼屋蓋連續提升，將其提升至設計位置。應用液壓裝置對位校正后進行焊接固定。

3）提升到位后，補缺鋼梁嵌補段、斜桿等，從而完成整體施工。

6 結語

今后更多的老結構建筑被保留下來，通過改造，在保留其外形及部分結構后賦予其新的使用功能。希望新建鋼結構屋蓋整體提升的施工方法在既有建筑改建施工中實現改造目標，更有效地縮短施工工期與節約資源。