綠地中心·杭州之門鋼拱連橋轉體施工技術

唐香君，易建文，陳 鵬，萬 勇，周 睿，夏 杰

(杭蕭鋼構股份有限公司，浙江 杭州 310003)

1 工程概況

綠地中心·杭州之門位于浙江省杭州市蕭山區錢江世紀城奧體中心的核心位置，總占地面積約為77 572m2，總建筑面積約52.6萬m2，為集商務辦公樓、五星級酒店及精品商業等功能于一體的大型超高層城市綜合體(見圖1)。

圖1 綠地中心·杭州之門項目效果

2 轉體技術應用原因

2.1 鋼拱連橋鋼結構概況

鋼拱連橋位于兩棟塔樓之間，在±0.000層以上通過伸縮縫與兩棟塔樓完全脫開，其最大跨度約60m、高約22m。

鋼拱連橋下弦桿截面主要為□900×800×50，□900×600×50，BH750×600×40×50，豎向腹桿截面主要為BH600×600×20×30，BH400×400×20×30，斜向腹桿截面主要為BH750×300×20×25，拱立柱主要截面為□600×600×30(見圖2)。

圖2 鋼拱連橋結構軸測圖

2.2 施工方案

2.2.1現場施工條件分析

鋼拱連橋開始施工時，兩塔樓已施工至20層以上，鋼拱連橋下方的地下室已施工完成，地下室頂板上禁止大型起重機上頂板施工作業。同時，總承包單位出于施工成本考慮，現場配備的施工機械(塔式起重機)起重能力相對較小，無法滿足鋼拱連橋拱下弦桿安裝，如圖3所示。

圖3 現場施工條件

另外，鋼拱下弦箱體截面較大、質量大，根據現場配置的塔式起重機起重性能，鋼拱下弦箱體吊裝分段將劃分更多，必將導致輔助安裝的臨時支撐數量多、高度高，施工成本與安全措施大幅度增加。

2.2.2施工方案確定

針對鋼拱連橋結構特點、現場施工環境條件及配置起重機的起重能力，對鋼拱連橋的6榀鋼拱采用分段拼裝、轉體提升安裝的施工方案進行施工，首先對6榀鋼拱進行安裝，鋼拱桿件安裝完成后，再依次安裝鋼拱上部柱、梁等構件。施工過程中采取相關安全防護措施，保證施工安全。

3 工程應用

3.1 轉體施工技術

鋼拱連橋鋼拱桿件的施工采用轉體技術中的豎向轉體法。即轉體分段單元在結構原位下方，近地拼裝成轉體分段單元后，通過提升鋼拱一端形成豎向轉體的方法將分段單元旋轉至設計位置。

轉體法優勢為施工所需的機具設備少、工藝簡單、操作安全、減少高空安裝焊接作業量。輔助安裝的臨時支撐數量與操作平臺用量減少、支撐高度降低，施工成本大幅度降低。

轉體法適用條件為：結構為拱形，現場環境限制結構常規吊裝施工。

轉體法技術要點為：① 轉體單元為幾何不變體系，豎向轉體過程有足夠的剛度和穩定性；②轉體單元在結構原位下方有拼裝場地；③作為鋼拱轉體施工的旋轉基點的轉軸節點，預先需仿真模擬計算后確定其規格，轉軸節點在組裝過程中控制共同軸度，避免結構在轉體過程中產生扭轉；④因施工過程與設計支撐條件不同，應采取防止結構轉體到位后下落的對策。

3.2 轉體單元劃分

鋼拱主要劃分為2個轉體單元、1個分段。每個轉體單元又劃分為若干拼裝分段，如圖4所示。

圖4 轉體單元劃分示意

3.3 轉體工裝設計

3.3.1轉軸節點設計

在轉體施工前，經過仿真計算，在鋼拱拱腳部位設置提升轉軸，以作為轉體施工的旋轉基點。每榀鋼拱兩端下端與牛腿連接位置均設有轉軸節點，轉軸節點均包括2組轉軸，每組轉軸均由轉軸耳板、銷軸及加勁板組成，轉軸節點設置在鋼拱桿件與鋼牛腿對接部位的下方，如圖5所示。

圖5 轉軸節點布置示意

3.3.2門架結構設計

門架主要為鋼拱轉體過程中提供向上提升力的基礎設施。門架主要由架體、下基礎平臺、上部提升平臺等構成。

架體由2榀格構式支撐構成，支撐中心距為1.6m×1.6m×2.80m，2榀格構式支撐中心距為2.5m，門架高22.4m。格構式支撐立桿截面為□135×135×10，如圖6所示。

圖6 門架結構軸測圖

預埋件、轉換梁等組成下基礎平臺。為了避免門架直接落放在地下室頂板板面上，在相應的混凝土梁上預設埋件，埋件上設置轉換梁，主要是為了將門架及其上端的荷載傳遞到混凝土梁，避免損傷地下室頂板。門架底部直接與轉換梁連接。

上部提升平臺由支撐平臺、提升梁等組成。提升梁下方設置提升千斤頂裝置，如圖7所示。

圖7 上部提升平臺軸測圖

3.3.3提升門架布設

每榀鋼拱下弦分為2個轉體單元，需在鋼拱兩側各設置1副提升門架，在門架頂部設置提升梁及掛設提升設備。每榀鋼拱需設2副門架，6榀鋼拱共需設置12副門架。根據施工方案，門架可重復使用，則配備6副門架。門架布設如圖8所示。

圖8 門架平面布置

3.3.4鋼拱轉體提升吊點布置

根據提升支撐架的布設位置，在鋼拱桿件上設置相對應的提升吊點，6榀鋼拱共設12個轉體提升吊點，如圖9所示。

圖9 轉體提升吊點平面布置

3.3.5鋼拱轉體單元拼裝

鋼拱下弦桿呈上拱圓弧狀，最大矢高達20余m。在拼裝過程中，盡量放低拼裝位置，既減少拼裝工裝措施，又降低作業高度，如圖10所示。

圖10 鋼拱轉體單元拼裝示意

單元拼裝采用格構式臨時支撐作為拼裝支撐，支撐下部設置轉換梁，不使荷載直接作用在地下室樓板上(原理與門架設置相同)。

3.3.6鋼拱轉體施工關鍵技術

3.3.6.1轉體施工過程

鋼拱下弦桿的轉體施工是施工中最難控制的一個環節，必須保證弦桿安全穩定地豎向轉體。所有準備工作完成后，開始進行弦桿轉體單元的豎向提升。

按設計荷載的20%，40%，60%，70%，80%，90%，95%，100%的順序逐級加載，直至弦桿轉體單元脫離拼裝平臺；在分級加載過程中，每一步分級加載完畢，均應暫停并檢查：上下吊點結構、提升單元等加載前后的變化，以及主體結構的穩定性等情況。一切正常情況下，繼續下一步分級加載。

用測量儀器檢測各吊點的離地高度，計算出各吊點的相對高差；通過液壓提升系統調整各吊點高度，使提升單元達到設計姿態；以調整后的各吊點高度為新的起始位置，復位位移傳感器，保持該姿態繼續提升。

提升至距離設計標高約200mm時，暫停提升。測量提升單元各點實際尺寸，與設計值核對并處理后，降低提升速度，繼續提升鋼結構接近設計位置，各提升吊點通過計算機系統的“微調、點動”功能，輔以預設在桿件兩側的纜風繩進行調整，使各提升桿件端口均達到設計位置，滿足對接要求；在微調時將計算機同步控制系統由自動模式切換成手動模式，根據需要對整個液壓提升系統中各吊點的液壓提升器進行同步微動(上升或下降)，或者對單臺液壓提升器進行微動即點動調整，調整精度可以達到毫米級，能滿足結構安裝精度要求。

3.3.6.2鋼拱就位調整

提升到位后對鋼拱拱腳與牛腿的對口部位采用千斤頂等設備進行調整校正，校正完成后采用定位馬板將拱腳與牛腿進行定位焊接；然后按前述步驟繼續提升另一側的鋼拱單元，2個單元都提升到位后，臨時固定，安裝焊接跨中的嵌補段，并焊接兩端拱腳，使鋼拱成為整體。

3.3.6.3提升監控

轉體提升前，在鋼拱弦桿單元的撓度、高程、位移監控點處貼反射貼片，在結構下方設置臨時觀測點，架設全站儀，觀測反射貼片。在鋼拱弦桿單元提升過程中，為了后期在施工過程中進行監測，前期在鋼拱的位移監控點上預先貼好反射貼片，在提升過程中每隔固定時間間隔進行測量，測出鋼拱弦桿單元的提升行程、偏位、撓度情況，記錄每次監測數據，并及時將數據發給技術人員。如發現偏位，應停止提升并及時做出調整。

3.3.7轉體法施工技術應用實景

鋼拱連橋西塔樓側第1組鋼拱轉體單元轉體施工，經過一個多小時的施工，鋼拱轉體提升至結構設計標高+30mm(約22.000m)，如圖11所示。

圖11 鋼拱轉體單元施工實景

鋼拱連橋東塔樓側第2組鋼拱轉體施工，與西塔樓側第1組鋼拱轉體單元進行合龍，鋼拱連橋下弦形成整體，如圖12所示。

圖12 鋼拱轉體單元空中合龍實景

鋼拱連橋下弦施工完成后，按方案依次安裝相應的鋼柱、鋼梁，直至鋼拱連橋安裝完成，如圖13所示。

圖13 鋼拱連橋施工完成實景

4 結語

綠地中心·杭州之門鋼拱連橋因現場環境條件限制，地下室頂板上禁止大型起重機上頂板施工作業，因此無法采用常規的吊裝方法。轉體施工技術解決了施工現場臨時用地問題，避免了大型機械設備在地下室頂板上施工作業。通過對鋼拱連橋構件合理劃分、轉體工裝設計與驗證計算，為轉體施工過程的可靠性、穩定性提供了保障，圓滿完成了鋼結構安裝。

轉體施工常應用于橋梁鋼結構，對于類似拱形的建筑鋼結構，且現場環境限制結構常規吊裝施工時，同樣是一種不錯的選擇，既可滿足設計、安全需要，又可降低成本、縮短工期，同時還可不影響業主的正常生產需求，為類似結構的安裝積累了經驗。