上海世茂深坑酒店项目位于松江区佘山旅游度假区, 是全球人工海拔最低的超五星级酒店。工程结构为带支撑的钢框架结构体系, 总建筑面积约62 000m², 总用钢量约8 300t, 标准层层高3.7m, 地下16层, 地上2层, 标高-74.000~10.000m, 北侧结构双向侧倾, 南侧结构单向侧倾, 主体框架是由钢管混凝土劲性柱、钢-混凝土柱、柱间箱形斜支撑及H型钢梁所组成的异形结构。该结构为两点支撑式受力结构, 基础与坑底嵌岩, 上部在地下1层通过巨型跨越桁架与坑口混凝土大梁相连接, 桁架共30榀, 单榀最重38t, 最大跨度31m, 桁架高4.98m, 上下弦杆截面为H700×400×25×28, 桁架顶标高为±0.000m。建筑整体效果如图1所示。

1) 桁架一端与坑口边混凝土大梁通过万向铰支座相连, 另一端与坑内主体相连, 最大跨度31m, 由于跨度大, 下方70m深悬空, 施工条件复杂, 施工安全措施控制难度较大 (见图2) 。

2) 受场地限制, 桁架安装只能利用塔式起重机进行吊装, 根据塔式起重机起重性能参数, C7052塔式起重机70m臂长虽然能够覆盖整个施工作业面, 但端部最大起重量为5.2t, 无法满足桁架整榀吊装要求, 桁架下方不具备搭设临时支撑架的条件 (见图3) 。桁架吊装为本工程难点之一。

3) 每段桁架在高空对接时测量的控制精度要求高。特别是第1分段即悬挑段施工完, 第2分段与之对接时的精确度, 不仅要考虑桁架自身设计起拱, 还要考虑施工工艺对桁架挠度的影响。现场采用全站仪测点控制, 将施工模型中的相应坐标点转化到实际安装校正中, 经过多次专家讨论, 实际精度控制效果佳。全站仪坐标点控制如图4所示。

球形固定铰支座 (见图5) 位于坑口混凝土地梁上, 与预埋件焊接连接, 支座承受竖向压力14 000k N, 沿桁架方向水平剪力为12 500k N, 垂直桁架方向水平剪力1 000k N, 转角2.5°。

支座安装前先用全站仪在大埋件上定出支座任意3个角的坐标点, 然后将成品支座吊装就位, 并用扁铁进行临时固定 (见图6) 。

由于支座一面紧贴崖壁, 焊接操作空间不足, 无法现场安装, 经过与设计单位及支座厂家协商后, 将支座拆开, 分片安装。首先对支座板进行焊接, 拆开后的支座部件用彩条布覆盖, 保持各部件清洁。设计焊缝焊脚尺寸为h_f=75mm, 为了减小焊接变形影响, 安排2名焊工对角同时顺时针施焊, 多边成型。最后经过超声波探伤检测合格后恢复盖板, 完成支座安装工作。

桁架安装前须对支座上表面的平整度、标高进行二次复核, 复核后运用全站仪两点定线法标记出桁架下弦中心线, 根据下弦下翼缘宽度标记处边线, 作为桁架下弦安装时的控制线。

根据塔式起重机平面布置及起重性能参数, 结合现场实际情况, 将30榀桁架按2种不同情况进行分段。分段原则:①满足设计要求, 施工过程稳定, 便于现场操作;②上、下弦断开点相互错开1m以上;③同一个节间不设置断点;断开点离主节点1~2m, 便于现场焊接作业, 梁上起柱分段高度取1.2m, 方便后续构件安装及焊接。

将单榀桁架上下弦杆各分2段, 所有腹杆独立断开, 以TR-5A为例, 如图7所示, 21榀桁架按此类情况进行分段。

上下弦杆不用断开, 所有腹杆独立断开, 该类桁架共有9榀。如图8所示。

根据桁架分段方案, 反向拉索体系装置应用在第1种分段情况, 即确定好悬挑段的长度, 分段时, 下弦应比上弦长1m左右, 安装完悬挑段下弦之后, 另一端安装就位就非常容易操作。悬挑段上下弦应分别设置反向拉索装置, 拉索体系要满足安装受力要求, 应预先进行节点设计, 下弦拉索需对称设置, 上弦拉索居中设置, 保证了构件施工过程平稳 (见图9) 。在设置下弦拉索装置时, 为了不影响上弦及腹杆的安装, 拉索应比下弦翼缘宽3~5cm。

由于桁架自身高度约5m, 靠近主楼柱身处高出桁架上弦1.2m, 因此桁架下弦拉索上部固定在本节钢柱上, 连接方式直接与柱顶进行连接 (见图10) 。

上弦拉索连接前需先安装主楼侧相应下一节钢柱, 拉索上部连接节点设置在下一节钢柱柱身上, 拉索与弦杆之间的夹角在45°~60°为宜。同时, 为了确保钢柱的稳定性, 防止单侧拉力过大将原钢柱拉歪变形, 影响钢柱垂直度, 在其对侧也施加同样角度同样节点的反向拉索, 下部与柱梁节点相连 (见图11) 。拉索体系装置规格根据每榀桁架分段方案进行受力计算后确定, 力求做到设计上合理, 施工安全有保障, 材料利用率高, 在流水施工情况下, 尽量考虑循环利用, 避免材料浪费。

悬挑段安装前要预先将下弦拉索体系准备就绪, 包括上端固定连接节点设置, 安装人员准备就绪等。下弦安装就位后要及时安装连接板和螺栓并进行初拧, 上下翼缘先不进行施焊, 便于后期微调, 然后布置反向拉索。

根据设计提供的坐标系, 分别找出下弦端部上翼缘上表面中点坐标, 斜牛腿端部上表面中点和圆管牛腿上表面中心点坐标, 用全站仪分别对上述坐标进行复核。由于现场施工条件的复杂性和不确定性, 部分坐标棱镜放好后, 可能被构筑物所遮挡, 不在测量者的视角范围内, 此时需要重新选择具有代表性的其他坐标点进行复核, 但必须满足2处及以上坐标点复核无误后才算校正完成。

完成悬挑段下弦安装后, 在对接段安装前要及时用全站仪进行全程监控, 并记录原始数据, 监控悬挑段是否有水平和竖向位移, 在另一端下弦对接前, 如发现有偏移, 应利用反向拉索系统进行调整, 无误后才能进行对接工作。悬挑段下弦安装如图12所示。

对接段长度为整个桁架长度的2/3, 为确保安装时的稳定性及施工安全性, 通常采用三点式吊装, 即2根钢丝绳与1个手拉葫芦组合吊装。安装前检查钢丝绳的外观质量, 预先调试好葫芦的手拉链条, 确保均在正常工作状态。安装下弦时必须做到缓慢、准确, 对接时绝对不能碰撞已安装好的悬挑段, 要求起重指挥人员信号准确, 作业人员视线清晰, 动作协调一致, 高效精准。构件就位后要及时将两段临时固定起来, 然后利用全站仪测出准确的坐标位置, 同时利用反向拉索装置及吊装钢丝绳配合进行校正, 待校正准确后立即安装对接口处的夹板及高强螺栓并进行初拧, 同时焊接上翼缘上表面临时安装固定用的马板, 此时可解除吊装钢丝绳, 完成整个下弦的对接工作。同理, 在上弦安装前要对整个下弦进行监控, 如挠度过大需及时进行调整。

桁架水平支撑应从楼梯间、电梯井等结构比较稳固的位置开始向其他部位进行, 在完成每两榀桁架下弦后要及时同步安装水平连系梁, 即下层水平支撑, 使桁架下层尽快形成完整的平面 (见图13) 。

桁架端部支座处属于集中受力点位置, 且交叉焊缝较多, 因此在确保支座安装质量的前提下, 必须控制下弦与支座的焊接质量, 由于焊接空间小, 焊接时应从内向外, 由中间向两边进行, 焊接顺序不得颠倒。在下弦安装完毕后, 支座处楼承板铺设前必须对支座上方所有节点进行焊接完成, 加劲板及封口板的每一道焊缝均按一级焊缝质量要求进行探伤检测, 检测合格后要进行防腐处理, 并做隐蔽工程验收。桁架端部与支座焊接如图14所示。

根据深化设计排版图, 从桁架一端向另一端开始铺设钢筋桁架楼承板, 为上弦及腹杆安装提供安全的作业面。

上弦安装前, 下层楼承板铺设完成, 确保施工安全。另外, 根据拉索装置设置要求, 相应下一节钢柱必须已经安装焊接完成。本工程每一榀桁架靠近主楼侧都设置人字形腹杆, 充分利用这一刚性支撑件, 在下弦悬挑段安装完成后及时安装此人字形腹杆, 对整个悬挑段的稳定性起到决定作用, 同时对悬挑段上弦安装定位也有所帮助。

上弦安装就位时要将直牛腿初步对正相应直腹杆, 然后进行精确校正。固定好上弦反向拉索装置, 安装夹板及高强螺栓并进行初拧, 解除吊装钢丝绳。

对接段上弦一般长度较长, 采用三点式吊装, 安装对接上弦前, 应先安装相应的直腹杆、端部的立柱, 作为标高及轴线定位控制的依据之一。该过程是桁架弦杆安装的最后一步, 整榀桁架框架形成, 但此时斜腹杆及上层水平支撑还未安装, 还不具备整体受力条件, 反向拉索装置继续保持工作状态。必须要对弦杆的挠度进行控制, 否则一旦解除钢丝绳, 后续调整难度加大。测量控制完毕后, 端部与剪力墙上埋件临时焊接固定, 待上层钢筋桁架楼承板铺设时割除 (见图15) 。

上层水平支撑安装方法同下层水平支撑。从桁架一端向另一端渐进式推移法安装。

斜腹杆安装属于最后一道工序, 斜腹杆采用人工吊装, 这样可以节省塔式起重机使用时间, 缩短工期, 同时便于流水施工作业。完成斜腹杆安装后, 桁架便已成型, 成为完整的桁架受力体系 (见图16) 。

1) 施工过程中尽量利用结构自身重心找平衡, 并通过钢结构安装校正过程控制钢柱的位移, 尽可能地减少由于结构自身重心不平衡引起的水平位移, 减小钢结构构件在施工阶段的应力状态。

2) 现场实际的施工步骤和施工工法, 应严格按施工模拟的步骤进行。各结构部件的施工方案应该注意以尽量减小结构整体变形或减小结构附加应力为准则。

3) 施工过程中要严格监控已安装桁架的竖向位移情况, 确保实际位移与模拟计算位移不出现大的偏差, 若有异常, 应及时进行调整。

4) 桁架H型截面翼缘对接口均为一级焊缝, 焊工必须持证上岗, 焊缝必须100%探伤检测合格, 质量验收合格, 探伤无缺陷。

5) 应用BIM技术进行协同管理, 减少“错漏碰缺”, 减少浪费, 减少劳动力, 缩短工期, 节省成本, 更重要的是借助BIM技术可以对实际安装质量及变形监测提供有力的保障措施。

6) 桁架施工必须按照经批准的施工方案严格执行, 以确保施工的安全和结构的整体稳定性。

7) 桁架弦杆安装、腹杆安装、水平支撑安装、楼承板铺装必须同步渐进式进行, 形成局部流水施工作业。

1) 桁架安装属于高空作业, 作业人员必须戴好安全帽、系好安全带, 穿登高防滑鞋, 临边拉设双道生命绳。弦杆在吊装前就将生命绳布设到位, 钢丝绳必须绷紧且固定牢靠。

2) 本工程楼板使用钢筋桁架自承式楼承板, 在桁架安装过程中充分利用钢筋桁架楼承板起到硬隔离防护作用, 但要求楼承板与桁架同步安装。

本项目桁架安装采用反向拉索体系装置代替传统临时支撑架, 节省大量的原材料, 不仅缩短工期, 节省施工成本, 同时作为一种新型的桁架施工工法在未来大空间大跨度发展领域中将有较大的应用前景, 特别是在施工场地狭小、不具备搭设临时支撑架的情况下更具有优势。