上海富士康大厦位于浦东新区陆家嘴金融贸易区, 陆家嘴环路1366号, 东邻星展银行大厦, 西邻东园路及海洋水族馆, 北邻滨江大道, 为1幢高层办公楼。地下4层、地上21层, 屋面标高89.650m, 机房屋面标高96.350m, 基础底板面标高-17.200m, 塔楼平面尺寸53.2m×42m。施工总平面布置如图1所示。

裙楼为型钢混凝土框架结构, 塔楼为型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构, 6～18层采用压型钢板组合楼板, 19层至屋顶及裙楼采用钢筋桁架组合楼板。B4～B2层层高均为3.5m, B1层层高为6.6m, 1层层高为5.05m, 2～21层层高均为4.25m。

1) 裙楼钢柱18根, B1～5层规格为H450×350×20×30。

2) 塔楼钢柱20根, 从基础层到屋顶层, 规格为H600×500×35×35 (地下室) , H500×400×35×35 (裙楼) , H400×350×35×35 (标准层至顶层) 。19至顶层增设12600×30圆管型钢柱, 材质均为Q345B。钢柱外包C40～C60混凝土。

3) 核心筒区H型钢柱8根, 其中B4～5层为H400×250×30×30、19层至屋顶为H400×450 (300) ×35×40 (35) , 5～19层无钢柱。

4) 钢梁为H型钢梁, 最大截面为H1 500×400×30×35 (1～5层) , H700×300×20×30 (6～18层) 。

经BIM建模统计, 钢结构总用量约4 600t, 构件达8 000件左右, 安装最高高度达96.35m。鉴于钢构件数量大、节点多、时间紧, 且地处陆家嘴金融圈, 受周边环境制约因素较多, 钢结构吊装有以下难点。

高层钢结构吊装通常选用动臂式塔式起重机, 主体向上施工时选择内爬、外挂还是外附的布置形式, 平面上布设在塔楼内还是塔楼外, 选用哪种塔式起重机、布设几台, 需综合考虑多重因素, 如周边环境、建筑平面尺寸、钢构件的卸货点、钢柱分段质量, 同时兼顾立面上的流水节拍安排。立面上除需考虑核心筒与外框架间的流水节拍外, 还需兼顾核心筒内结构与劲性钢柱间的流水, 这将塔式起重机选择难度推高1个等级。因此, 选择合适的塔式起重机型号、平面布设位置及自升方式, 确保经济、快速、安全地完成钢构件的安装任务, 是钢结构吊装的难点之一。

本工程地下4层, 设置38根钢柱, 基坑围护设4道钢筋混凝土水平支撑, 钢柱与水平支撑平面关系如图3所示。由图3可知, 除B1层钢柱吊装 (水平支撑已拆除) 不受影响外, B4～B2层在吊装时有33根钢柱被水平支撑覆盖, 无法用塔式起重机直接吊装就位, 而且被覆盖钢柱占总数量的86.84%, 对安装工期的影响较明显。同时, 受水平支撑层间高度限制, 钢柱无法按常用的2层1吊方式进行安装, 只能采用1层1吊, 延长安装工期。因此, 选用何种安装方法, 既能顺利就位安装又能对工期的影响降到最低, 亦是本次吊装的难点之一。

本工程地处陆家嘴金融圈, 毗邻星展银行大厦, 与海洋水族馆、东方明珠等标志性建筑隔街而望, 对周边的环境控制要求较高;且地库边线紧邻用地红线, 钢构件堆场和卸货区能占用的场地有限。对于数量达8 000件的钢构件吊装, 需精心组织安装施工流程, 精确制定构件进场时间, 计算好满足进度要求的构件进场数量和与之匹配的堆场面积, 同时合理安排构件吊装顺序, 高效、有序、按时完成吊装任务。

根据钢柱每米质量及吊装机械起重能力, 结合进度要求及立面流水节拍, 钢柱分段原则如下。

1) 地下室钢柱受基坑水平支撑影响, 采用1层1吊, 分段最大质量位于B1层 (H=6.6m) , 约2.3t。其中, B4～B2层采用塔式起重机配合铲车进行安装, B1层直接采用塔式起重机安装。

2) 1～4层裙楼钢柱采用2层1吊正好分成2段, 分段最大质量位于1～2层, 约3.8t。

3) 5～21层钢柱采用3层1吊, 分段最大质量位于顶部3层, 约7.2t。

4) 核心筒钢柱截面较小, 若按外围钢框采用3层1吊, 则钢柱吊装竖立过程中自身会产生弯曲变形, 对垂直度控制不利, 容易造成较大偏差。故采用2层1吊。

塔式起重机型号的选择根据塔式起重机平面位置、建筑物高度、钢构件分段质量进行综合确定, 并遵循吊得动、上得去、下得来的原则。

1) 高层混凝土核心筒+外围钢框架结构的塔式起重机布置方式通常有2种:在核心筒内布置内爬或在核心筒外壁外挂爬升塔式起重机, 在塔楼 (钢框架) 外侧布置附着式塔式起重机。经塔式起重机租赁费用、设备工作效率、塔式起重机拆除安全性及便捷性等综合分析, 通常外附式塔式起重机应用于高度<200m的建筑, 高度>200m的建筑选择内爬或外挂式塔式起重机。本工程建筑高度96.35m, 故选择外附自升式塔式起重机。

2) 动臂式塔式起重机相比平臂式塔式起重机, 具有起质量大、可在狭小空间内作业等优点, 也有吊装速度慢、工作效率低、受风荷载影响大等缺点。由于本工程地下室钢柱质量仅为上部结构钢柱质量的1/3, 且上部结构面积小于地下室面积, 故决定基础阶段采用吊装速度快、覆盖范围大的平臂式塔式起重机, 上部结构采用起重量大的动臂式塔式起重机。

1) 地下室钢柱最大吊重约2.3t, 在塔楼南北两侧各设1台平臂式塔式起重机。其中1号塔式起重机Q6018臂长45m时额定起重量为3t, 2号塔式起重机ST6015臂长45m时额定起重量为2.5t, 正好覆盖所有钢柱。

2) 上部结构钢柱最大吊重约7.2t, 此时钢柱质量远大于平臂式塔式起重机在45m吊距处的额定起重量 (3t) 。经起重能力和经济性分析, 选用2台TCR6055动臂式塔式起重机, 臂长50m时额定起重量为9.0t。

3) 上部结构钢梁按照自然分段, TCR6055吊装半径20m时额定起重量为16.0t, 钢梁最大质量11.8t;吊装半径50m时额定起重量为9.0t, 钢梁最大质量7.5t。起重能力满足要求。

4) 基础施工阶段因基坑围护设4道钢筋混凝土支撑, 且塔式起重机位于基坑内, 故塔式起重机基础采用架空形式 (设在格构柱上) , 高度与自然地坪相平。动臂式塔式起重机安装时, 地下室施工已完成, 且此动臂式塔式起重机要求基础截面大而厚, 经受力性能和经济性双重分析, 直接将结构大底板作为塔式起重机基础。

1) 地下室施工时塔式起重机为独立式, 1号塔式起重机位于?～?/ (3) ～ (4) 轴, 2号塔式起重机位于?～?/ (11) ～ (12) 轴。上部结构施工时, 2台塔式起重机的附墙距离远超允许的6～8m, 长达15m。为使附墙距离符合要求, 需将塔式起重机移位。综合构件卸货点、堆场及塔楼平面尺寸、群塔碰撞等因素, 1号塔式起重机移至?～?/ (4) ～ (5) 轴, 沿数字轴移动1跨;2号塔式起重机移至?～?/ (10) ～ (11) 轴, 沿数字轴、字母轴各移动1跨, 以满足TCR6055动臂式塔式起重机的附墙及钢构件吊装要求。

2) 钢结构立面双重流水节拍核心筒钢柱安装段 (钢柱2层1吊、区段高度8.50m) →向下4层核心筒钢筋混凝土施工段 (整体爬升脚手架、区段高度17.00m) →外围3层为钢框架施工段 (钢柱3层1吊、区段高度12.75m) →末3层楼层板及混凝土施工阶段 (区段高度12.75m) 。

3) 自基础底板至屋顶的总高度为107.15m, TCR6055塔式起重机沿立面需设3道附墙, 悬臂高度37.3m。根据布设位置 (钢框架结构外侧) , 当附墙安装于钢框架施工段的钢梁焊接层时, 立面双重流水节拍下需再向上施工8层, 此工况附墙上方高度为34m (<37.3m) , 塔身稳定性满足要求。

B4～B2层在吊装时有33根钢柱被水平支撑覆盖, 无法用塔式起重机直接吊装就位, 且受水平支撑层间高度限制, 钢柱只能采用1层1吊, 本着既能顺利就位又能快速安装、充分利用现有机械设备的原则, 提出塔式起重机+叉车的安装方法。

1) 地下室首节柱高4.65m, 基础底板与混凝土支撑梁间净高5.20m, 操作净空仅0.55m。而柱脚周边预埋钢筋高度约1.0m, 钢柱吊装时需避开钢筋, 否则因受净高限制无法顺利就位。吊装前将预埋钢筋扳弯至离基础面高度0.40m以内, 给钢柱安装预留0.15～0.20m的调整空间, 使钢柱安装到位。

2) 选用现场运输混凝土支撑梁所使用的16t叉车, 额定起重量16t, 起升高度4.5m, 总高度<5.0m, 能在支撑底下畅通开行、灵活机动、安装速度快。首节柱重约2.5t, 叉车起重量完全满足吊装需求。

3) 叉车叉起钢柱后使用钢丝绳将钢柱与叉车顶部对拉, 其中钢柱拉设在柱顶耳板处, 叉车拉设在顶部横梁处, 使叉车叉起钢柱行走时不会倾覆。

1) 使用现场塔式起重机将钢柱吊至安装位置附近空旷处, 保持钢柱直立状态。

2) 在塔式起重机卸载且未下钩前, 叉车接力插至钢柱柱顶向下1 892mm处, 即柱身钢筋搭接的连接板处。

3) 叉车与塔式起重机接力完成后, 叉车慢速移动至钢柱安装处, 通过操作叉车使地脚螺杆垂直对准柱底螺栓孔。

由于钢构件堆场和卸货区能占用的场地有限, 且地处市区旅游、金融圈, 构件进出只能在夜间进行, 进场后及时卸货, 且每批所进数量需满足吊装进度要求。对于数量众多的钢构件, 堆放场地和堆放顺序的确定, 进场数量、进场时间和吊装顺序的确定, 均需精心编排、精确计算。同时, 根据塔式起重机数量将构件吊装分成2个区域并实施“一机多吊”。

所有构件在夜间运输至现场, 运输车停在东园路上或进入东园路侧场内, 用塔式起重机直接吊运至堆放区。1号塔式起重机区域 (裙楼) 设2个钢构件堆放点, 即东园路侧 (2) ～ (5) /?～?轴地库顶板上及地库东侧外 (2) ～ (5) 轴处。2号塔式起重机区域设1个钢构件堆放点, 即陆家嘴环路侧 (10) ～ (15) /?～?轴地库顶板上。此时所进数量能实施2d的吊装工作。

1) 按柱→主梁→次梁→楼承板吊装顺序进行发货, 发货单精确到每根构件, 发货单提前2d通知, 1d装车、1d运输。构件进货数量按吊装1层、预备1层的原则, 至少1层构件吊装过半时开始进货下一层构件。柱 (3层1吊) 和主梁 (至少下面2层) 考虑要先形成框架, 故需同时进场。第1层主梁安装完毕后开始下次梁进货, 第1层次梁安装过半时开始进货第2层的次梁。

2) 平面流程先安装外框架4个角部区的12根柱, 然后安装主梁, 先使各角部形成框架稳定体系, 然后依次安装其余外框架柱和主梁。第1层次梁在下面2层主梁安装完成后开始, 先安装与核心筒相连的内圈, 进一步增加钢外框架与核心筒间的联系, 后安装悬挑梁等外圈次梁。楼承板分区域标识, 按每跨打捆包装进场, 便于以跨为单元依次起吊及安装。

1) 吊装效率按柱35min/根、主梁25min/根、次梁10min/根计算。根据3层1吊计算, 第1层38根柱利用2台塔式起重机需11h, 考虑塔式起重机兼顾核心筒土建作业, 分配给吊装作业的时间按5.5h/d计算, 2d内完成吊装。

2) 主梁36根/层利用2台塔式起重机吊装需7.5h, 次梁172根/层利用2台塔式起重机需14.6h, 合计约22h, 分配吊装时间为5.5h/d, 需4d。考虑主梁按2根/次、次梁按5根/次吊装的时间节省与焊接所需的时间延期对冲, 主梁+次梁按4d/层完成吊装;3层1吊的柱+梁 (3层) 完成吊装共14d。楼承板紧跟其后穿插作业, 每层铺设时间3d, 但不占用有效工期。

本文从上海富士康大厦钢结构安装的难点出发, 提出针对类似高层钢结构工程吊装机械的选型及附墙原则、型号转换及移位技术, 同时提出一种钢柱受水平支撑影响下的组合吊装技术;分析在交通、场地受限制情况下的构件进货、卸料堆放、吊装整个安装流程及安装工效, 提出精细化组织的实施要点, 为高效、有序完成安装任务提供保障。