杭州市市民中心钢结构连廊吊装技术探讨

杭州新世纪标志性建筑—杭州市市民中心工程的六座高楼巍然屹立在钱塘江边，2007年7月13日，备受关注的，由杭州大地网架制造有限公司制作安装的六座环形钢连廊竣工验收。这六座连廊标高达92m，最大的跨度有57m，重达650吨。这样规模及高度的集中吊装，在我国建筑钢结构施工邻域也是难得一见的。

如图1为该第一座连廊成功就位后的照片
一、工程概况与结构特点
工程概况： 杭州市市民中心主体工程为6幢弧形塔楼。地下2层，地上26层，在23～24层（标高84.6～92.0m）处设有环形钢结构连廊，6幢塔楼通过6座连廊连成整体，6座连廊总建筑面积约6896平方米。钢结构连廊位置见下图2。
结构特点 ： 钢结构连廊结构形式为一座高达8.1米的巨型弧形钢桁架。六座钢连廊有两种规格： R1 、R4钢连廊外环桁架跨度57.280m，内环桁架跨度47.012m，连廊总宽度为20.97m。重达650t，R2、R3 R5、R6钢连廊外环桁架跨度34.060m ，内环桁架跨度27.954m，连廊总宽度为19.7m。重达360t，以下图3是R1的三维模型。钢结构连廊主体骨架由两榀大跨度弧形桁架、五榀横向桁架构成、楼层及屋顶平面由交叉布置梁组成。桁架构件为箱形截面，部分梁采用H型钢，材质为Q345B。最大的构件截面为 □600×400×35。
本文主要以R1的吊装为例叙述。


二、吊装方案综述
因钢结构连廊的安装高度有91.8m，而且构件众多自重较大，采用高空散装在质量上难以保证，且如此高度的脚手架更是难以想象。因此这种安装方案不在考虑之列。考虑到连廊的安装是在主体结构封顶后进行。因此，将完工的主体结构作为吊装的受力体是非常自然的。再通过采用超大型液压同步提升技术将钢结构连廊整体提升到位。这样的做法无论从提升的标高，还是提升的重量上，在国内已有很多成功的例子。
但是，针对本工程而言，由于钢结构连廊是搁置在两栋主体结构之间的，也就是说，连廊沿环向的长度大于两栋主体建筑物之间的净距离。这样，若按常规方法进行原位提升，势必要对连廊主体在高空进行一次拼接。为了避免高空拼接，我们根据本工程的特点设计出另一种调整方案。
由本工程的平面布置图可以看出，钢结构连廊所处的位置是一个扇形区域，外环净距尺寸大于内环。由此，我们将连廊的组装地点由原平面位置向外环移动的话，那么可以做到环向不分割而整体的在地面拼装，垂直提升至设计标高以上后，进行一次径向平移就可以达到原来的平面位置。这样，加了一个液压同步滑移动作，就可以避免了高空拼接。由此，本工程的施工方案就成了：“ 地面整体拼装，液压同步提升，高空同步滑移，液压下降就位”。如图4中虚线为滑移前连廊的轮廓线，实线为就位后的轮廓线。

三、技术重点
为了实现上述的整体吊装思想，需要解决以下几个问题，这也就是本工程的技术重点。

1 、深化设计加工制作
考虑到运输及现场情况，我们将运输单件分段长度控制在20m以下，重量控制在20t以内，在这样的原则下，对最重要的内外环桁架，在环向分为三段，沿高度方向分为两段，现场拼接设在中层弦杆的上表面。这样，中弦杆下腹杆及下弦杆成为一个运输单元，而且容易保证上腹杆与中弦杆的对接精度，如图5是外环桁架图，虚线是分段位置处。
在加工制作工艺上，由于工程中主要构件均为箱形截面，而且，汇交节点处受力复杂，对主弦杆箱形截面内加劲的要求颇高。因此，我们采用了熔嘴电渣焊工艺。具体在加劲板与箱形截面的两条对称垂直焊缝中采用。如图6所示。

2 、拼装
由于拼装现场的地下室顶板在设计过程所考虑的荷载未及我们现场拼装荷载，因此是无法上起重设备的。为解决这个问题，仍然要利用两边的主体建筑物，将固定滑轮组，安装在84.0m标高上，通过地面卷扬机牵引来解决构件拼装定位的问题。如图7所示。
当然，对拼装位置及构件短驳滑动轨道下的地下室顶板结构仍需要作适当的加固处理。

3 、吊装平台
钢结构连廊的最终位置是与主体建筑的23层—25层对应，因此，我们将吊装平台设在顶层。通过两个悬挑支架，架设提升滑移箱形大梁。对应每个吊点设一个平台，共四个吊点，因此，有16个支架，平面布置如图4。支架与主楼的钢筋混凝土框架柱连接，采用前后扣合式的钢抱箍节点，扣合点用高强螺栓连接。支架结构如图8。
提升滑移大梁采用并排两个箱形梁。提升的钢绞线从中间穿过。箱形梁与平台横梁采用可靠连接，两箱梁之间也采用可靠连接以保证协调工作。为了给提供滑移动力的爬行器提供反力座，我们在两个箱形大梁上翼缘的外侧特制成锯齿形。

4 、吊装验算
吊装过程是一个复杂的系统性工程，因此涉及面比较广，需要进行验算复核的环节也比较多。首先是吊点位置的确定，由于连廊平面是扇形的，通常选择吊点位置的原则，它是尽量使各吊点受力均衡，结构稳定。但是，结合本工程现场具体条件，我们将吊点的平面位置选在连廊使用阶段受力支座处，不过是在上弦处，共四个吊点。
通过对吊装工况进行分析得出，外环两个吊点每个吊点的反力约为230t，内环两个吊点每个吊点反力约120t，连廊结构本身在吊装工况下，最大挠度为28.14mm，是跨度的1/2054。构件的应力比仅为0.31，满足要求。
其他的结构验算内容这里不一一详细陈述，下面按力的传递路径由下而上列出所计算的条目：
（1）连廊吊点的节点验算；
（2）吊点的吊具验算；（销轴，耳板等）
（3）提升滑移大梁受力分析，包括移动过程中竖向最大的位置时受力情况，还有滑移过程中反力座对锯齿形翼缘剪力的验算；
（4）吊装平台支架受力分析；
（5）吊装支架与主楼框架柱的连接抱箍节点验算；
（6）吊装滑移对主楼框架柱的影响计算；
（7）吊装过程对整个主楼建筑物的影响分析等等。

5 、液压提升，滑移设备
液压提升（滑移）系统主要由液压提升器，液压爬行器，泵源系统，传感检测及计算机同步控制系统组成。
根据吊装结构分析所得的吊点反力，我们在外环每个吊点采用两台TJJ-2000型液压提升器，在内环每个吊点采用一台TJJ-2000型液压提升器，总的提升能力为1200t，满足要求。
滑移底座与提升滑移大梁之间的摩擦面，通过除锈、打磨并涂抹黄油，对总重650t的连廊而言，最大摩擦力为130t，采用4台TJG-1000型液压爬行器，总的推进能力为400t，满足要求。
配置两台60kw液压泵站，另有电气同步控制系统。

6 、液压提升滑移控制的关键
为确保钢结构连廊在提升及滑移过程中的绝对安全，我们采取以下一些关键措施：
（1）控制同步性，设置三个同步吊点，计算机控制系统会根据三点的结构差值来控制整个提升过程中的同步性。
（2）提升时的加载和下降就位时的卸载均采用分级机制，以理论提升荷载为依据， 依次为 40 ％， 50 ％， 60 ％， 70 ％， 80 ％，在确认各部分无异常的情况下，可继续加载或卸载到 90 ％， 100 ％。直至钢连廊结构全部离胎模或荷载完全转移至支座上。
（3）离地检查的试提升，因为，整个系统的可能缺陷一般都暴露在开始阶段，所以钢连廊结构离地后，停留4～24小时作全面检查（包括吊点结构，承重体系和提升设备等），各项检查正常无误，再正式提升。

经过两天紧张有序地工作，杭州市市民中心的第一段钢结构连廊R1终于如愿地成功就位，从中我们也可以看出，“大型钢构件的液压同步提升以及高空同步滑移施工技术”有着不可替代的优点：
提升器设备小，安装方便；控制的精确性能够得到保证，从而施工的安全性得到充分保证；提升及滑移过程稳定，动荷载小，对付着结构及所提升的结构影响很小等等。因此，值得在钢结构安装领域，尤其在吨位大，安装高度高的条件下大力推广。