上海国际金融中心是由上交所、中金所和中国结算3幢塔楼、整体地下室和空中连廊等结构组成的超高建筑群塔综合体 (见图1) , 钢结构总量约6万t。3幢塔楼呈品字形分布, 均采用“双核心筒+外框+加强桁架”的混合结构体系 (见图2) 。上交所塔楼地上32层, 高210m, 平面尺寸72m×72m;中金所塔楼地上30层, 高190m, 平面尺寸72m×52m;中国结算塔楼地上22层, 高147m, 平面尺寸42m×72m。3幢塔楼在双核心筒间以及核心筒顶部区域分别设置3道巨型支撑桁架, 桁架高10~15m。在3幢塔楼的7~9F设有3层高度的呈T形布置的空中连廊, 将群塔连通, 连廊采用“核心筒+巨型桁架+框架”的混合结构体系 (见图3) , 总长158m, 净跨最大75m, 采用了大量的高强钢材 (Q420, Q460) 。

本工程建筑群体较多、体量巨大、体系复杂, 对施工组织、施工技术和施工工艺要求较高。结合工程实践, 介绍了建筑群体钢结构工程中的施工组织、塔楼塔式起重机应用、塔楼钢结构施工、廊桥吊装、廊桥钢结构施工等技术。

本工程基坑施工采用顺逆结合施作工艺, 即前阶段整体逆作, 后阶段塔楼先顺作, 其余区域后逆作, 施工布置如图4所示。钢结构施工结合基坑施工组织设计, 采用综合施工技术路线:①塔楼地下室顺作阶段:汽车式起重机立栈桥进行钢结构吊装, 利用栈桥码头作为钢构件的临时堆场;②塔楼地上部分施工阶段:大型动臂塔式起重机进行钢结构吊装 (见图5) ;③连廊钢结构施工阶段:核心筒采用汽车式起重机吊装, 巨型桁架和桥面梁采用行走式动臂塔式起重机吊装 (见图6) 。

本工程3幢塔楼楼层面积分别为5 000, 3 700, 3 000m², 每幢塔楼均选用2台动臂塔式起重机设置在核心筒内。

上交所和中金所塔楼均选用1台750t·m和1台500t·m的动臂塔式起重机, 中国结算选用1台720t·m和1台420t·m的动臂塔式起重机。上交所和中金所塔楼高度超过200m, 且核心筒墙体承载力较高, 采用内爬施工工艺;中国结算塔楼高140m, 且核心筒墙体承载力较低, 采用附墙的施工工艺。

综合考虑搁置梁的承载力、安装和拆除的可行性、搁置梁及配套埋件及牛腿等因素, 最终采用经济性和功能性最优的变截面箱梁设计方案 (见图7, 8) 。变截面箱梁极大地减小牛腿和核心筒内置埋件的尺寸, 具有较好的经济性。

3幢塔楼的塔式起重机拆除采用“中拆大、小拆中、小自拆”的技术路线, 先用起重性能小的动臂塔式起重机拆除起重性能大的动臂塔式起重机, 然后利用ZSL200拆除起重性能小的动臂塔式起重机, 再用ZSL120拆除ZSL200塔式起重机, 最后ZSL120完成自拆。其中, ZSL200和ZSL120塔式起重机是为上海中心大厦塔式起重机拆除量身定做的新型起重机型, 可取代传统的Q10和Q6型号的塔式起重机, 具有更为优越的起重性能和可装拆性能。以中国结算塔楼为例的塔式起重机拆除平面布置如图9所示。

塔楼钢结构施工, 全面考虑结构逐级加载、结构功能需求、工效质量等各种要素, 综合采用了纵横向流水搭接施工、模块化施工、跟踪测量及分级控制等多种施工技术。

横向受制于楼面面积大的工况, 实行平面内区段划分、流水施工, 解决了地面堆场的不足, 合理压缩了楼承板的施工周期;纵向实行钢框架先行施工, 钢管柱 (每节构件顶部侧面开设浇筑圆孔) 内混凝土的浇筑随楼板后续施工, 在立面上实现了钢结构、楼承板及混凝土的流水施工, 合理节约了工期, 降低了混凝土浇筑的安全风险。

设置在双核心筒间, 跨度达到25m, 体量巨大。采用“地面拼装、双机抬吊、延迟终固”的施工技术, 施工监测结果表明, 施工过程累积加载引起的残余应力控制在较低的水平, 达到了预期的效果。

具有外观和幕墙支承的高精度要求, 采用“预变形、跟踪测量和精度分级控制”的方法, 严格将钢结构的偏差精度控制在毫米级, 取得了良好的效果。

采用网格梁系结构, 跨度大、悬空高, 采用模块化施工技术, 利用立柱和桁架筒2个支撑点, 进行纵横向的模块分段施工和结构补缺, 实现了无支撑超高空的精准吊装 (见图10) 。

廊桥钢结构施工时, 受制于场地条件 (3幢塔楼完成, 廊桥下方为金融剧院) 和结构体系特性 (跨度158m, 高60m) 的限制, 无法采用定点塔式起重机和履带式起重机进行吊装, 经过分析和优化, 确定了行走式塔式起重机的实施技术, 选用2台1 200t·m级别塔式起重机并行施工。

塔式起重机的行走轨道布置于廊桥与中金所塔楼之间狭长的地下室顶板上, 利用纵横箱梁转换支承体系将塔式起重机荷载直接可靠地传递至地下室结构立柱上 (见图11) , 避免了顶板的结构加固, 节约了成本。塔式起重机安装采用中金所动臂塔式起重机先行安装南塔, 然后利用南塔安装北塔;塔式起重机拆除时, 南塔先行拆除北塔, 然后自行下降至低空, 利用小型汽车式起重机进行拆除, 经济高效。

廊桥钢结构由双核心筒和3层T形梁系桥面组成。桥面最大长度为158m, 宽22.5m, 最大净跨度为75.50m, 左右边跨为32.25m, T形跨净跨为25.75m。廊桥的边跨与T形跨通过大型复摆支座分别与3幢塔楼相连接。根据廊桥的结构特性、材料特性、场地条件, 综合采用了大型临时支撑、滑移和提升、焊接机器人、大型复摆支座等施工技术, 实现了群塔楼之间空中廊桥的高效施工。

临时支撑有边跨和中跨2种类型, 在连廊主跨合龙后, 采用自主研发的机械式卸载装置分别对跨内和边跨的临时支撑进行同步卸载, 实现了结构成型与设计状态完美统一。同时, 临时支撑采用结构布置优化和非标准阶段的转换等技术, 成功跨越了金融剧院基坑环向支撑, 实现了金融剧院与廊桥并行施工, 节约了工期。

中跨大型箱梁质量超出塔式起重机双机抬吊的性能范围, 采用地面拼装、横向滑移、同步提升的施工工艺, 实现了中跨段的高空连续安装 (见图12) 。

廊桥钢结构桥面系统钢板材质为Q420GJC, Q460GJC, 板厚100mm, 焊接要求极高。通过优化焊接工艺、遴选优秀焊工、焊缝实名追溯、焊接机器人辅助等一些列管理及技术方法, 使得超厚高强钢板的对接焊接的一次合格率达到98%以上。

廊桥桥面钢结构通过18个大型摩擦复摆式减隔震支座与塔楼相连, 每个连接部位设置1个复摆支座 (见图13) 。支座总承载力750t (7 500k N) , 摆动幅度±750mm, 在超高层建筑上运用尚属首次。通过阻尼比 (ξ=20%) 和摩擦系数 (μ=0.05) 的控制需求, 对支座曲率半径进行参数分析和精细有限元模拟计算, 最终确定了支座的各项尺寸参数, 达到了复摆支座的恢复能力预测和控制地震响应的设计目标。

1) 跟随基坑施工路线的演变, 确定了钢结构分阶段的施工组织技术路线, 不仅突显了塔楼的先期关键路线, 而且充分兼顾了连廊的后期关键路线, 确保2年内顺利完成了6万余t钢结构的施工任务。

2) 根据塔楼平面布置、钢结构分布和场地条件, 确定了塔楼动臂塔式起重机型号和机械布置, 并结合塔式起重机支承的主体结构特点, 设计出了大跨度变截面塔式起重机搁置梁。遵循“中拆大、小拆中、小自拆”的技术路线, 顺利完成了塔式起重机的拆除。

3) 综合考虑结构逐级加载、结构功能需求、工效质量等各种要素, 采用了纵横向流水搭接施工、模块化施工、跟踪测量及分级控制等多种施工技术, 确保塔楼外框架、巨型支撑、采光顶和塔冠等钢结构的超高空精准吊装。

4) 根据廊桥的场地条件和结构体系特点, 确定了行走式动臂塔式起重机的实施技术, 并设计出了纵横箱梁转换支承体系, 可将塔式起重机荷载可靠传递至地下室结构立柱, 避免了顶板的结构加固。

5) 结合廊桥的结构特性、材料特性、场地条件, 综合采用了大型临时支撑、滑移和提升、焊接机器人、大型复摆支座等施工技术, 实现了群塔楼之间空中廊桥钢结构的高效施工。