大跨度空間桁架式鋼結構空中連廊施工技術

鄭 杰

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

隨著城市的發展，超高層建筑向功能多樣化、結構復雜化逐步發展，其中空中連廊以其不拘一格的創新設計，突破常規的空間布局，深受廣大設計師的青睞。關于超高層建筑的空中連廊，越來越多的設計者選擇采用大跨度空間桁架式鋼結構作為設計亮點，但隨之也產生了很多建筑技術難題。

大跨度空間桁架式鋼結構具有跨度大、架空高、加工拼裝精度高、吊裝難度大、施工工序復雜等難點，因此其施工技術的選擇、連接質量的保證、安裝精度的控制等關鍵技術問題如何解決尤為關鍵[1-3]。

本文以綠地中心·杭州之門項目為工程背景，對大跨度空間桁架式鋼結構空中連廊施工技術進行研究，對施工技術選擇進行分析，期望能提供一種新的施工思路。

1 項目概述

1.1 工程介紹

杭州綠地雙塔（圖1）位于浙江省蕭山區錢江世紀城，規劃成為集綜合寫字樓、高品質酒店及繁華商業區等多用途為一體的全方位大型項目。

圖1 杭州綠地雙塔項目

本工程主要由主塔樓超高層部分、跨中裙樓部分組成，其中主塔樓超高層區由2幢超高層塔樓組成，為對稱雙塔結構，項目總占地面積約77 572 m2，總建筑面積約為513 226 m2。

雙塔地上63層，建筑高度達302.6 m，在項目結束時，它將以流暢的線條和獨特的形狀成為杭州城市形象中極具代表性的組成部分。

1.2 結構概況

本項目大跨度空間桁架式鋼結構位于東、西主塔樓之間，主要包括底層鋼拱結構層、拱上柱梁結構、6層型鋼桁架結構，整體豎向高度約34.1 m，中間橫向跨度約55 m，邊部橫向跨度約85 m，平面寬度約60 m。大跨度空間桁架式鋼結構與2個塔樓在±0 m層以上通過伸縮縫完全脫開，拱腳下方在每幢塔樓地下3層至±0 m層均單獨設有6支H形混凝土鋼骨柱，如圖2所示。

圖2 鋼拱連橋建筑單元分解示意

2 施工關鍵點分析

1）建造周期短、多種施工作業關聯度高、不確定因素多。本工程作為杭州市代表性建筑，2022年杭州亞運會重要工程，必須在亞運會開幕前投入使用，不僅要進行鋼拱連橋安裝施工，塔樓部分的各相關專項施工作業也要交叉同步進行，保證總體工程連續施工，因此任務非常繁重。

2）節點制作安裝精度要求高。本工程鋼拱連橋造型獨特新穎，節點復雜，制作安裝精度要求高。在制作、安裝中必須清楚了解設計意圖，嚴格控制施工順序，保證制作、安裝精度。

3）結構復雜深化難度大。本工程造型獨特，結構復雜。在深化設計與工藝設計過程中應最大限度地擴大標準節點的范圍，減少構件類型，增加標準件數量，以利于提高構件的加工制作精度、縮短工期。本工程設計圖紙出圖時間緊迫，深化周期短，為確保深化設計進度，需與設計圖紙同步進行深化。

3 施工技術的選擇

大跨度桁架式鋼結構施工是指建筑物跨度超過36 m，目前主要的施工技術有：高空散裝法、分塊安裝法、整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法[4]。針對本工程底部大跨度拱形鋼桁架安裝施工，本文提出了分段旋轉起扳頂升施工方法，其余部件拆分進行組裝，實際上縮小了建造的困難程度，確保了施工的安全性、可靠性，同時提高了塔吊利用率，減少了對有限施工場地的占用。

4 大跨度空間桁架式鋼結構施工技術

4.1 總體施工順序

先安裝底層6榀鋼拱桿件，其次安裝3—5層柱梁構件，最后安裝6層型鋼桁架。

4.2 鋼拱分段拼裝及旋轉起扳提升安裝工藝

4.2.1 施工流程

鋼拱放線及支撐架搭設→鋼拱構件分段拼裝→搭設提升支撐架→鋼拱構件旋轉起扳提升安裝→跨中嵌補段鋼拱桿件安裝

先將中間2榀提升行程相同的鋼拱同步完成提升安裝，然后再對南、北兩側剩余的4榀鋼拱分別進行提升安裝。

1）鋼拱放線及支撐架搭設（圖3）。首先進行半榀鋼拱的弦長投影放樣，不包含東、西半榀鋼拱的中間段，中間段作為嵌補段最后單獨安裝。先進行一側半榀鋼拱的拼裝，拼裝時在待拼裝鋼拱下方搭設低空的型鋼支撐架。

圖3 支撐架搭設

2）鋼拱構件分段拼裝（圖4）。從塔樓一側的鋼拱根部開始拼裝，同時在鋼拱根部安裝轉軸。一側的半榀鋼拱分段桿件依次拼裝完成。按照前述半榀鋼拱的拼裝流程，進行另外一側半榀鋼拱的拼裝，完成另外一側半榀鋼拱大部分桿件的拼裝（與前面半榀鋼拱位置相沖突的端部桿件暫時不裝，待前面半榀鋼拱提升后再進行安裝）。

圖4 鋼拱構件分段拼裝

3）前半榀鋼拱構件旋轉起扳提升安裝（圖5）。搭設先拼裝的半榀鋼拱的提升支撐架，在鋼拱兩側各設1個支撐架，在2個支撐架上端設置提升橫梁，在橫梁上安裝提升設備（支撐架高度高出鋼拱的就位高度，支撐架高度22.4 m，鋼拱高度20.225 m）。采用提升設備將先拼裝完成的半榀鋼拱旋轉起扳提升至安裝高度，將后拼裝的半榀鋼拱的端部剩余桿件拼裝完成。

圖5 前半榀鋼拱構件旋轉起扳提升安裝

4）后半榀鋼拱構件旋轉起扳提升安裝（圖6）。按照前面半榀鋼拱的操作流程，搭設后拼裝的半榀鋼拱的提升支撐架，采用提升設備將后拼裝的半榀鋼拱同樣旋轉起扳提升至安裝高度。

圖6 后半榀鋼拱構件旋轉起扳提升安裝

5）跨中嵌補段鋼拱桿件安裝（圖7）。最后吊裝2個半榀鋼拱中間的跨中嵌補段鋼拱桿件。

圖7 跨中嵌補段鋼拱桿件安裝

4.2.2 提升支撐架主要構造

每半榀鋼拱的提升，均需在鋼拱兩側各設置1副提升支撐架，在支撐架頂部設置提升梁及掛設提升設備，6榀鋼拱共需設置24副提升支撐架。

提升支撐架全高22.4 m，每副均由8個尺寸為1.6 m×1.6 m×2.80 m，主肢規格為□135 mm×135 mm×10 mm的塔吊標準節構成，標準節之間采用專用螺栓連接固定。為了保證施工中提升支撐架的側向穩定，在支撐架的兩側分別拉設纜風繩，設置斜拋撐，如圖8、圖9所示。

圖8 提升支撐架側向穩定措施設置示意

圖9 鋼拱桿件側向穩定措施設置示意

提升支撐架設置在鋼拱連橋下方的地下室頂板結構上，撐架底部設置井字形轉換鋼梁支座，包括2支主轉換鋼梁和2支次轉換鋼梁。

4.2.3 拱腳轉軸節點設置

鋼拱的分段桿件完成拼裝后需進行提升安裝，每榀鋼拱兩端拱腳部位均設置提升轉軸，以作為鋼拱起扳施工的旋轉基點。每端的鋼拱轉軸節點均包括2組轉軸，每組轉軸均由轉軸連接板、鋼銷軸及加勁板組成，轉軸設置在鋼拱桿件與原預埋鋼牛腿對接部位的下方。鋼拱轉軸節點及旋轉如圖10所示。

圖10 鋼拱拱腳轉軸節點旋轉示意

4.2.4 提升施工工藝的特點

結合液壓同步提升施工技術，對鋼拱桿件采用旋轉起扳提升的施工工藝進行安裝。液壓同步提升技術的原理為采用液壓提升器作為提升機具，采用柔性鋼絞線作為承重索具。

1）主要鋼構件的組裝、焊接及噴漆等任務在地面上進行，施工安全性及質量容易控制。

2）通過鋼構件的起吊，最大程度降低高空作業量，縮短液壓提升作業時間，使安裝過程更加高效。

3）液壓提升設備體積小、質量輕，活動性較強，倒運和安裝方便，設備承載能力大，適用于大質量構件的提升。

4）提升上下吊點等主要臨時結構利用自身結構設置，加之液壓同步提升動荷載較小的優勢，可以使提升臨時設施用量降至最低，有利于施工成本控制。

5）液壓提升器錨具具有反向運動自鎖性，保障提升過程的安全性，而且構件可在提升過程中的任何位置長期可靠鎖定。

6）任一提升器都可以單獨調節，調整精度高，使得結構提升過程中安裝精度的可控性得到保障。

4.3 3—5層鋼柱、鋼梁安裝

拱間水平支撐安裝→拱上鋼柱及支撐安裝→3層鋼梁安裝→3—5層鋼柱安裝→5層鋼梁安裝

采用分塊安裝法，待全部6榀鋼拱的安裝完成后，依次向上完成拱上鋼柱及3層鋼梁的安裝，然后依次向上安裝完成4—5層結構的柱、梁構件。

4.4 6層鋼桁架安裝

6層臨時支撐架搭設→6層鋼桁架分段安裝→6層樓層鋼梁安裝

搭設完鋼拱連橋6層第1榀型鋼桁架安裝所需的2支臨時支撐柱后，首先安裝第1榀鋼桁架兩側的分段桁架，然后安裝跨中的分段桁架。待第1榀鋼桁架分段拼裝完成后，將其與塔樓邊部的柱梁結構進行連接以保證穩固性，并依次安裝第2榀鋼桁架。最后安裝第2榀鋼桁架與第1榀之間的連系桿件，以形成穩固單元。

按照同樣的方式依次安裝完成剩余的鋼桁架后，安裝鋼桁架兩側的樓層梁及外側鋼柱，最后完成鋼拱連橋整個6層結構的安裝。

5 結語

本文以綠地中心·杭州之門項目為工程背景，對大跨度空間桁架式鋼結構空中連廊施工技術進行研究，對施工技術的選擇進行分析，針對大跨度拱形鋼桁架采用了分段旋轉起扳頂升法進行安裝，其余構件則采用分塊安裝法，有效地降低了工程施工的難度，確保了施工的安全性、可靠性，同時提高了塔吊的利用率，減少了對有限施工場地的占用，期望能為類似工程提供技術參考。