大跨度钢连廊高空提升后拼接与卸载分析研究

钢结构连廊作为双塔楼、多塔楼建筑中的重要交通设施和景观，已被广泛应用在众多城市的地标建筑中。整体提升施工方法是钢结构连廊施工一种常用的方法，该方法具备施工工期短、不需大型起重机、提升荷载大等优势，已应用于南京金鹰新天地广场、上海建滔广场、武汉国际博览中心等大型工程的钢连廊安装施工。

在连廊提升达到预设高程后，需进行与主体建筑结构的拼接、拆除临时加固杆件及卸载提升荷载等工作。其中拆除杆件和吊点卸载等各项操作的施工顺序将影响连廊完工后的残余内力分布及变形程度。为提出合理的施工方案，并为结构变形和内力监测提供参考依据，必须对钢连廊高空拼接–卸载过程进行模拟分析。本研究以扬州某科技园钢连廊工程为例，基于模拟分析对施工方案和进程进行探讨。

1 工程概况

扬州某科技园科技产业区项目总建筑面积约249168.99m2，其中地上建筑面积为148804.11m2，地下建筑面积为100364.88m2，容积率为3.07，建筑密度45.00 %，绿地率15.10%。本工程主要包括A1、A2、A3、A4共4栋主楼，1栋综合商业楼。其中A1楼为17层，规划高度84m，A2、A3楼为23层，规划高度114m，A4楼为15层，规划高度69.9m，综合商业楼为5层，规划高度24m。

本工程设计使用年限为50年，建筑结构及各类结构构件商业部分安全等级为一级，重要性系数为1.1；其余部分均为二级，重要性系数为1.0。各单体耐火设计级别为一级。所涉及钢连廊位于A2与A3楼之间，跨度为43.7m，连廊上弦混凝土结构标高99.300m（屋面层），下弦混凝土结构标高90.450m（22层），其中22层层高为4.5m，23层层高为4.35m，连廊主梁轴线宽度为8.400m，两侧各外挑1.25m，梁端与主楼型钢混凝土柱刚性连接，提升完成后待拼接的钢连廊如图1所示。

   

图1 提升完成后待拼接的钢连廊

2 分析模型与荷载工况

2.1 分析模型与施工顺序

利用SAP2000软件建立拼装施工状态下的分析模型，如图2所示。其中连廊构建和提升架均采用梁 单元，提升用钢绞线采用索单元。待钢连廊达到安装高程后，位置调正后再进行与主体结构的拼接施工：焊接上、下弦杆→割除外侧的4个加固杆件1，仅保留内侧的4个加固杆件1→安装斜拉杆，而后张拉→割除内侧的4个加固杆件1和加固杆件2→安装附属结构、补全水平支撑→卸载吊装，拆除吊装设备。

   

图2 拼装施工分析模型示意

为避免在施工中连廊刚度严重不对称，建议在拼接步骤2中对外侧加固杆采用对称切割。考虑施工操作空间限制，可在两端分别布置1个气割焊，并根据切割外侧临时杆件顺序将其划分单侧切割和对角切割，其中单侧切割顺序为先切割吊点1和吊点4下临时杆件，然后切割吊点2和吊点3下临时杆件；对角切割为先切割吊点1和吊点3下临时杆件，然后切割吊点2和吊点4下临时杆件。

2.2 高空拼接阶段荷载取值

楼面层施工可变荷载 Q _1k （施工人员和小型机具）按GB50755—2012《钢结构工程施工规范》和GB51162—2016《重型结构和设备整体提升技术规范》规定，取值1.0kN/m ² ，屋面层由于较多设备、连廊对应楼层存在脚手架，上述按楼、屋面设计荷载取可变荷载为2.0kN/m ² ；连廊拼装过程中廊内均布可变荷载取值1.0kN/m ² 。荷载采用GB50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》规定的基本组合：

S _d =1.3 G _k +1.5( Q _1k +0.6 w _k )（1）

3 分析结果与讨论

3.1 钢连廊应力分析

3.1.1 单边切割方案

采用单边切割方案钢连廊提升段应力分布，连廊结构最大应力为84.5MPa，满足Q345钢完全弹性容许应力[ σ ]=0.7× f =203MPa要求，其中 f 为钢材设计强度，根据GB50017—2017《钢结构设计标准》，对40~63mm的Q345钢材， f =290MPa，该工况下钢连廊的强度安全系数为3.4。

3.1.2 对角切割方案

采用双边切割方案钢连廊提升段应力分布，连廊结构最大应力为84.5MPa，满足Q345钢完全弹性容许应力[ σ ]=0.7× f =203MPa要求，其中 f 为钢材设计强度，根据GB50017—2017《钢结构设计标准》，对40~63mm的Q345钢材， f =290MPa，该工况下钢连廊的强度安全系数为3.4。

3.2 钢连廊变形监测限值

3.2.1 单边切割方案

单边切割方案各分析步跨中挠度见表1，施工过程中跨中挠度为49.40mm，考虑施工中的不确定性，建议拼接施工中跨中挠度监测限值为60mm。

表1 单边切割方案拼接过程中跨中挠度 mm

   

3.2.2 对角切割方案

对角切割方案各分析步跨中挠度见表2，施工过程中跨中挠度为49.40mm，考虑施工中的不确定性，建议拼接施工中跨中挠度监测限值为60mm。

表2 对角切割方案拼接过程中跨中挠度 mm

   

3.3 高强拉杆应力

高强拉杆应力如图5所示，在拼接施工过程中上方高强拉杆应力峰值为68.49MPa，下方高强拉杆应力峰值为59.37MPa。拉杆应力均在杆件容许应力范围内。

   

（a）

   

（b）

图5 高强拉杆应力

（a）单边切割方案；（b）对角切割方案

4 结论

提升完成后，从结构安全性角度出发，提出2种 临时杆件切割方案：单边切割与双边切割。经阶段施工分析，可得到如下结论。

（1）单边切割与双边切割方案下的连廊强度安全系数均为3.4，二者安全性均较高。因此需要根据工程现场实际情况，在考虑工程施工安全性与经济性的情况下，选择更优的方案。

（2）经分析，本研究给出了各阶段连廊变形参考值，并给出了卸载过程中连廊的变形监测限值 建议值。

（3）对Q550高强钢拉杆内力进行分析，在卸载施工过程中拉杆内力逐渐提高，有助于钢拉杆的张紧，且应力在允许范围内。