大型既有網架結構局部改造拆除施工技術

凌旭輝

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著一線城市商業地產進入存量發展時期，商業城市更新被視為下一階段商業地產發展的重要風口，上海近幾年市中心也步入了該階段。而城市更新發展到今日，已不僅僅是推倒、拆除、重建的更新，而是保持原有城市肌理，甚至保留原有建筑外貌的一種更新，它是變與不變的內在統一，屬于有機更新的范疇。城市有機更新，是指在不大規模拆除建筑、街區的情況下，對舊建筑進行改造，使其在功能上更加適合當前的需要。本次介紹的背景工程正是該類商業地產改造的先行者。

1 工程概況

上海世茂國際廣場，位于上海市南京路步行街起點，總建筑面積近17萬 m2，主體建筑高達333 m，于2006年底正式開業。本次因項目業態的調整，在運營15 a后對裙房商業部分進行建筑結構重大改造、重塑功能。本次改造涉及重大改造的一個最大亮點為商業裙房主入口上方的大跨度網架改造。

本網架為正放四角錐焊接球節點網架，跨度107 m，長137 m，最大外懸挑26 m。網格尺寸約4 m×4 m，鋼網架結構下弦柱點支撐。前腿網架建筑高度為26.6 m，網架長度為30.6 m，網架厚度為1.7 m；后腿網架建筑高度34.4 m，網架長度為24.0 m，網架厚度為1.7 m。鋼網架的鋼管為Q345B、最大鋼管φ203 mm×14 mm；鋼球采用45#鋼，最大鋼球φ550 mm×25 mm；設計使用年限為50 a，建筑結構的安全等級為一級。本工程網架改造需將全部玻璃頂棚及懸挑部分拆除，剩余部分仍將保留改造加固使用（圖1、圖2）。

圖1 網架拆除區域示意

圖2 網架改造后效果圖

2 主要難點分析

本工程網架結構改造施工難度大，需將懸挑部分拆除，剩余部分仍將保留改造加固使用。網架局部改造有別于一般工程的網架整體拆除，類似工程案例極少，工況復雜，風險極高。原網架結構懸挑部分在拆除過程中會破壞原結構整體受力平衡，網架桿件受力發生變化，網架剩余部分發生變形，若施工過程中控制不合理，網架拆除過程中有可能發生桿件受力過大損壞、整體變形過大甚至發生整體坍塌。

網架局部拆除和改造的重點和難點在于：對已正常使用近15 a的網架結構進行有效的安全性評估分析，包括拆除時及拆除后的安全性評估；選擇確定合理、安全的拆除方案，并在拆除前完成必要的臨時加固措施，確保在拆除時保留的桿件應力重分布的安全性。

3 方案的實施

3.1 網架拆除改造前的準備工作

在網架改造前必須做好以下幾個方面的工作：詳細查閱設計圖紙和竣工資料；對現有網架情況進行詳細現場調查（包括焊縫、螺栓質量、銹蝕情況）；對目前網架的使用荷載進行分析，確認是否與原設計圖紙、計算書使用荷載情況一致[1]。

3.2 改造拆除實施方案分析與選擇

在前期準備工作符合并能夠滿足本次改造的基礎上，為了保證拆除過程中網架結構的安全性及其拆除工序的合理性、經濟性等，拆除前與開發商、設計院等共同討論，并擬定了2種拆除方案進行施工數值模擬分析對比，論證實施操作的安全性。

網架局部拆除方案1：從兩邊到中間對稱按榀拆除玻璃及其龍骨桁架。

網架局部拆除方案2：從中間到兩邊對稱按榀拆除玻璃及其龍骨桁架。

本次施工模擬分析方法通過分別建模，模擬拆除過程中2種拆除順序，從各拆除分步中各桿件應力分布情況及其引起應力重分布后最不利桿件數量的分布情況進行對比分析（每個拆除方案均按拆除順序分9個工況進行模擬）。

通過最終的分析結果來看，方案1在前7個工況下，出現不利構件的數量明顯少于方案2，拆除順序相對更為合理、有利、安全。

3.3 不利構架的加固方法與拆除方法

為了進一步確保整個網架拆除過程的安全，在拆除順序方案確定后，對方案1每個拆除工況下出現的總計20根不利桿件在網架正式拆除前進行事先加固處理。加固采用了補加新鋼板、角鋼、槽鋼等，加大桿件截面。加固處理完成后重新進行各步模擬分析計算，確保玻璃頂棚拆除施工時每根保留網架構件的安全[2]。

3.4 網架改造施工應力監測

網架懸挑部分結構拆除過程中，原結構受力平衡體系改變，網架桿件應力也會發生變化。為確保施工過程中桿件不發生破壞，結構整體不發生坍塌，針對施工過程中桿件應力變化較大以及應力較大位置進行應力實施監測以指導施工（圖3）。為獲得穩定可靠的應力監測數據，選用美國基康應力傳感器，遠程實時采集系統進行數據采集。網架懸挑部分拆除期間，當天提交結構豎向變形和應力變化的監測報表，并將監測數據與理論數據進行對比分析，評判和預測網架結構變形及桿件應力發展趨勢，對網架改造施工提出指導，確保施工安全可控，并在網架改造完成后提交應力監測總結報告。

圖3 網架改造施工應力監測布置示意

3.5 焊接球網架拆除與安裝

整個拆除時堅持“先支撐、先加固、后拆除，先玻璃、后龍骨，先兩邊后中間逐榀對稱拆除”的原則進行拆除。雨篷玻璃拆除時采用脫膠工具將玻璃與支承玻璃龍骨桁架之間進行脫膠處理，由兩邊向中間對稱逐榀，按塊逐一由懸挑外端至懸挑內端進行玻璃拆卸。

雨篷玻璃龍骨桁架體采用氧氣切割拆除，切割點選擇在離原焊接點100 mm處避開在懸挑網架上進行切割，以免懸挑網架受熱產生物理變化導致材質發生改變和構件部位變形。

整個網架拆除標高位于地面以上35 m處，為了確保拆除過程安全，確保南京路商業街道游客的安全，故在廣場上搭設高35 m的滿堂盤扣式操作架進行封閉施工，在網架上下弦設2個操作層。

網架構件拆除方式采用氣割，拆除自下而上，分層切割，逐段分割落下；切割后的桿件、連接球等，立馬通過架設的卷揚機吊運至首層地面，減少在滿堂腳手架上的堆載（圖4）。

圖4 網架拆除順序

在網架拆除的過程中，新網架補缺工作同步進行；每天補缺最多施工3個節點球，避免網架整體發生較大的應力變形。

在放線及復核無誤后，根據下弦球的大小在滿堂腳手架上設置臨時支架，以確保所有的下弦球中心在同一標高。通過下弦球作為交會點，對接相鄰網架下弦球節點和下弦桿件，并進行臨時點焊連接。然后組裝腹桿和上弦桿，從完成組裝的網架下弦中心部位開始組裝，組裝過程中需隨時對縱、橫軸線的幾何尺寸進行檢查，并根據檢查結果進行相應校正。

在起步條塊自檢合格后，按照起步條塊相同工藝流程向兩側同步進行網架小單元組裝對接，以此類推，直至整個網架拼裝完畢。同時按拼裝順序同步進行終焊工作。

4 實施效果

在整個網架施工過程中，未出現加固后桿件應力比和長細比監測數值報警情況，網架結構各項驗收指標均合格。上海世茂國際廣場門頭網架已全部改造完成，商場已于2018年10月重新開業。

5 結語

城市商業綜合體更新改造的需求幾乎已伴隨著一線城市的發展而日益增加，城市更新已成為工程建設領域的重要一環。目前網架結構的局部拆改尚缺乏大量的工程經驗，本工程通過對既有網架的建模和工況應力分析使方案落地，有效確保了網架整體安全和施工質量，對類似工程具有一定的指導意義。