液压整体提升及下降技术在高空大跨度铝合金网壳施工中的应用

袁 鼎 罗建冬

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

拉斐尔云廊项目位于上海市松江区临港漕河泾产业园，是在11栋已建的78.4 m高塔楼群之上安装一个单层的波浪形铝合金曲面网壳屋盖。云廊（一期）长约736 m、宽约126 m，投影面积达86 000 m2，总质量为8 686.37 t，是全球最大的铝合金网壳屋盖（图1）。

图1 云廊整体效果图

云廊为金属杆件四边形格构形成的不规则波浪形的单层曲面网格壳体[1-6]，12个波峰与10个波谷自然流动成形；波峰主要集中于10栋塔楼之上，最高点相对标高103 m；波谷主要集中在楼宇间，最低点相对标高86 m；檐口齐平，标高为92.8 m。边梁及受力较大区域的网壳构件采用钢构件，其余区域的网壳构件均为铝合金构件。屋盖含四边形格构单元7 779个，其中1 784个单元上安装太阳能光伏发电模块，结合辐照分析，以塔楼顶部为中心向四周发散。

2 施工方案选择

云廊覆盖11栋塔楼及其裙房、高低连廊等，场况复杂，施工阶段总共分成30个分区（图2）。其中，施工难度最大的是南侧塔楼之间的P区域，投影范围内为各异的4层矮裙房结构，单个P区域面积最大为5 000 m2，最大间距为134 m、最小间距为78 m，宽约55 m。该区域网壳质量约70 kg/m2，网壳高低起伏不一，最低点相对标高86 m、最高点相对标高103 m。

在方案设计初期，针对P区域跨度大、高度高、无支撑的特点，提出了3种网壳安装的施工方案：

图2 云廊施工分区平面布置

方案一：搭设满堂支撑架高空散装。

方案二：采用双幅式正交桁架作为竖向及横向支撑，采用吊装的施工方法自地面安装至塔楼屋面高度，然后再在上部设置与网壳匹配的临时支撑系统进行网壳单元块吊装，待完成网壳安装后，通过大型起重设备高空拆除所有措施结构。

方案三：根据网壳模数设计临时措施钢平台，结合吊装以及液压整体提升的工艺进行措施钢平台的搭建。措施钢平台上部可设置临时支撑，进行网壳单元块的吊装和固定，最后通过液压整体下降工艺将措施钢平台下降至原拼装胎架上进行拆除。

百米高的满堂脚手架搭设代价巨大，且投影区域的顶板承载力难以满足要求，故不予考虑；采用传统的吊装施工方案，在百米高空中施工风险大，对起重设备要求高，且对网壳吊装分块面积要求较高，施工阶段将产生较大的施工应力；采用液压整体提升及下降的工艺进行措施钢平台的搭拆，可以降低施工的难度及风险，但钢平台跨度较大，设计高度达7 m，施工难度大。

针对P区域的网壳施工，结合方案二、方案三，综合考虑如下：

1）措施钢平台装拆：P区域居中对称加设6个自地面升起的格构式临时支撑塔架以减小钢平台跨度，大大降低了钢平台的设计及施工难度，钢平台设计高度由7 m降为3 m；以塔楼框架柱和新增塔架作为钢平台提升及下降的承重结构，采用液压整体提升和下降工艺进行措施结构的安装和拆除，避免了措施结构拆除阶段在网壳和钢平台之间吊装的复杂工况，同时在地面胎架上拼装大大减少了高空作业的风险。

2）网壳安装：经复核验算，网壳采用9 m×9 m的九宫格单元块进行吊装，施工应力较小，施工精度可得到保证。

3 施工技术路线

本工程P区域采用高空搭设措施钢平台的方案进行网壳安装，主要可划分为以下3个施工阶段：

1）措施钢平台及网壳支撑系统的搭建。措施钢平台以投影范围内的裙房顶高度为基准（标高都在20 m左右）设置拼装胎架进行低空拼装，同步进行辅助提升的措施结构以及网壳格构柱支撑系统的安装，全部安装就位后，采用液压整体提升工艺将钢平台整体提升至塔楼屋面高度[4-6]，具体施工流程为：提升方案的确定与设计→新增提升支撑塔架安装→塔楼外伸反力架安装及原结构加固→钢平台低空拼装→上部格构柱支撑系统安装→提升设备的安装与调试→钢平台整体提升→连接转换终固→补完上部格构柱支撑系统。

2）网壳安装与卸载。受限于提升塔架、钢结构树状柱等结构，网壳在提升前无法安装形成整体。因此，网壳待钢平台提升就位后采用两侧塔楼的平臂固定式塔吊进行九宫格单元吊装。待两侧塔楼区域网壳安装完成并与钢结构树状柱焊接形成整体后，选择P区域钢杆件较多的位置搭设一连桥将2栋塔楼连接起来，网壳以此连桥为基准向两侧延伸安装，安装完成后根据方案要求分区域、分阶段进行同步卸载，具体施工流程为：两侧塔楼网壳安装完成→搭建连桥→延伸安装→整体成形→附属结构安装→等待卸载→同步卸载。

3）措施结构拆除。网壳及其附属结构安装完成后，进行措施结构的拆除。P区域措施钢平台采用液压整体下降至拼装胎架上进行拆除，具体施工流程为：拆除妨碍提升的措施结构→钢平台整体下降→提升支撑塔架拆除→钢平台低空拆除。

4 措施钢平台及网壳支撑系统的搭建

4.1 措施钢平台概况及搭建

P区域措施钢平台最长134 m、宽57 m，主要由8榀对称布置的平面桁架组成（图3）。钢平台桁架高3 m，主要型材为HW400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型钢、φ325 mm×12 mm钢管、□400 mm×400 mm×16 mm×16 mm方钢等，钢平台净重约750 t，上部支撑网壳安装的格构柱系统约200 t，合计提升质量为900～1 000 t。

由于网壳自身高差达到17 m，且措施钢平台设计时考虑依附于塔楼传递荷载，因此，措施钢平台最终标高定为77.2 m，两侧塔楼18层框架柱设计有外伸反力架进行钢平台提升及搁置。考虑到钢平台跨度太大，在P区域居中位置增加了6个临时支撑塔架以减小钢平台跨度，同时作为钢平台提升点及搁置点。措施钢平台带格构柱支撑系统采用整体提升及下降的方案进行装拆，提升高度约56 m，由拼装时标高21 m提升至终固标高77.2 m，合计20个提升点、28个搁置点（图4）。

图3 P区域措施钢平台示意

图4 P区域措施钢平台平面布置

4.1.1 钢平台低空拼装

根据现场土建以及措施结构的最高点，确定钢平台低空拼装的标高为＋21 m，在地下室顶板以及裙房上根据吊装分段设置临时支撑胎架。

钢平台主桁架根据方案的分段要求，先采用汽车吊在地面进行组拼，然后通过南侧450 t履带吊以及北侧ZSL380行走式塔吊吊装到裙房顶胎架上。

拼装前，先在所有临时支撑顶部进行钢平台主桁架中心线及边线的放样，每一次吊装根据放样先进行初步定位，然后通过全站仪测量，使用起重葫芦以及吊机配合微调，将坐标及标高调整到位后焊接固定，两侧塔吊应同时配合安装次桁架，使之形成稳定的结构后方可松钩。

4.1.2 上部格构柱系统吊装

利用两侧1#、3#楼塔吊吊装不影响提升施工的钢平台上部的格构柱支撑系统（图6）。

4.2 新增提升支撑塔架安装

本项目在P区域居中对称加设了6个格构式临时支撑塔架，作为钢平台提升、搁置以及下降的承重结构之一。新增塔架中心尺寸为3.2 m×5.2 m，主肢为φ609 mm×14 mm的圆管，主要规格为8、12 m的标准节，通过法兰螺栓连接，塔架顶标高为＋80.0 m，顶部设置连系梁进行约束。塔架安装时采用450 t履带吊以及ZSL380行走式塔吊进行吊装，每节吊装时通过全站仪测量调节垂直度。

新增提升塔架顶部设置1根箱梁用以放置千斤顶来提升钢平台上弦，底部设计外伸牛腿作为终固点搁置钢平台下弦（图5）。

4.3 塔楼提升反力架安装及原结构加固

P区域两侧塔楼作为钢平台提升、搁置以及下降的主要承重结构，依附塔楼邻边的框架柱伸出16个反力架，反力架与混凝土柱采取抱箍灌浆的形式进行连接固定。塔楼反力架跨17、18两层楼高度，相当于2个复合的“7”字架叠加，上下2个“7”字架节点处设置小箱体销轴作为钢平台牛腿的搁置点（图6）。其中，钢平台提升或下降阶段仅角柱的8个反力架放置提升设备来提升或下降钢平台上弦。

图5 新增提升塔架提升及搁置节点

图6 塔楼提升反力架提升及搁置节点

由于塔楼的悬臂梁截面较小，所有塔楼提升点处的角柱悬臂梁抗剪承载力无法满足提升要求，故在其柱边外伸1 m范围内采取植筋扩大截面的加固措施。

4.4 提升设备的安装与调试

对钢平台带部分上部格构柱支撑系统进行提升状态下的建模分析，计算得出各提升点的荷载，对应配置提升设备以及钢绞线。完成前期钢平台及相关措施的安装工作后，进行提升设备的安装与调试。P区域措施钢平台提升主要采用了16个100 t穿心式液压千斤顶、4个200 t穿心式液压千斤顶，总计20个提升点，设备布置如图7所示。

图7 P区域措施钢平台提升设备平面布置

安装前，先根据提升支架及搁置箱梁预留槽口的圆心将液压千斤顶投影至钢平台桁架上，保证投影点与预设提升点的误差在2 cm以内，根据投影点进行下吊具的安装，保证液压千斤顶上下同心。

根据各提升点荷载的大小对每个千斤顶配置对应数量的钢绞线，左、右旋各一半，在地面上将钢绞线穿入千斤顶并夹紧上下锚具，通过两侧塔吊进行千斤顶的吊装。安装就位后设置压板固定，然后根据编号将泵站及分控箱吊装到位，并拉通通信线以及电源。

提升设备安装完成以后对各站点进行单独调试以及联动调试，确保设备及控制系统运转正常，绷紧所有钢绞线，准备钢平台的整体连续提升。

4.5 钢平台的整体连续提升

1）预提悬停。准备工作就绪之后，断开钢平台与拼装胎架的连接，钢平台预提腾空约10 cm，并悬停静置12 h以上。待结构因自重产生的变形稳定后，观察钢平台结构、千斤顶放置点的措施结构、土建原结构等变形情况，并测量复核新增提升支撑塔架的垂直度变化。

2）钢平台整体连续提升。悬停12 h后，对钢平台进行整体测量并与初始状态比较，钢平台调整姿态后正式开始提升。采用计算机控制各站点泵站，通过穿心式液压千斤顶集群实现钢平台全自动同步提升。提升过程中需要在外部使用测量仪器观测钢平台高度和高差，实时调整钢平台状态。钢平台在提升过程中的整体高差应控制在设计允许范围内，以保证各提升点的同步性满足要求。各提升点的提升荷载或高差出现异变或被提升结构的变形超出相应值时，应立即停止提升。

3）落架终固。连续提升至快到就位位置时，将计算机自动控制调为人工手动控制，连接转换阶段需要多提升3 cm，以预留施工作业面，然后关闭油缸保持结构，进行反力架销轴的安装和塔架牛腿的焊接，最后通过下降行程将钢绞线上的载荷全部转移至塔楼反力架和新增塔架的2个承重结构上，测量钢平台平整度，检查28个搁置点并垫平抄实，完成落架。

为缩短钢平台落架终固的时间以及实现对塔楼幕墙的成品保护，在两侧塔楼反力架上设置了牛腿销轴的搁置节点。搁置牛腿根据反力架投影坐标调整好后在提升前完成焊接，提升就位后仅安装插销即可落架，减少高空焊接工作量和时间，大大提高钢平台落架效率，同时避免了对下部楼层幕墙的破坏。

5 网壳安装与卸载

5.1 格构柱设置

根据复核验算以及铝合金网壳的施工经验，本项目对钢平台区域的网壳采用九宫格的小单元块进行吊装（图8），基本可以达到零应力施工的要求。钢平台上部按9 m×9 m对应区域正交布置格构柱，最短格构柱高7 m、最高格构柱高20 m，格构柱之间采用扁平格构式走道梁连通，顶部采用可调节的丝杆顶托进行网壳搁置。

图8 网壳的格构柱临时支撑体系

5.2 网壳安装

由于单层网壳结构较柔，故P区域网壳必须在两侧塔楼屋面区域网壳安装完成并与钢结构树状柱焊接形成整体以后方可进行安装。安装思路为选择钢杆件较多的区域从两侧塔楼依次相向搭桥连接，搭桥完成后以连桥区域网壳为基准向两侧发散安装（图9）。

图9 P区域网壳施工流程

5.3 网壳分阶段整体卸载

本项目网壳采用分阶段卸载，将11栋塔楼分为5个卸载分区，每次进行1个分区的网壳卸载时，必须与未安装区域保留1个分区作为过渡区域，避免卸载影响后续网壳的安装。已卸载区域可以提前交付，同时也可以周转措施材料，大大降低了施工成本，缩短了工期。

网壳单个分区卸载时尽可能做到同步卸载，根据卸载计算模型得出各支撑点位的卸载量，采用多步分级循环的方式将卸载支撑点下移，使可调托座随着逐级卸载和主结构逐步脱开，使网壳结构平缓地达到设计受力状态。

6 措施结构拆除

钢平台宽达53 m、高达77.2 m，网壳高低落差大，钢平台与网壳最小间距为7 m，且网壳投影区域为裙房，无法上起重设备，采用常规的吊装方案进行措施结构拆除的施工难度极大。

本工程在完成网壳的安装和卸载后，钢平台沿用原提升系统整体下降至原拼装胎架并拆除，避免了在网壳和钢平台夹缝之间拆除的复杂工况。

7 结语

高空大跨度单层铝合金网壳的施工难度大、安装要求高、安全风险大，将液压整体提升应用到此类网壳施工中可大大降低施工风险，为铝合金网壳的安装提供一个安全稳定的作业平台。

临时措施钢平台在设计阶段可根据网壳的安装要求相应设置临时支撑，可很好地匹配网壳安装施工，尽量减小施工过程中的应力。同时，在网壳安装完成后沿用原设备进行措施结构的整体下降，避免起重设备在网壳和钢平台有限夹层空间内进行拆除作业，降低拆除风险，提高拆除效率。