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    中國國家博物館改擴建工程雙層鋼桁架施工技術

    發布時間:2011-07-21
    瀏覽次數:283次

    摘要:中國中國國家博物館改擴建工程A2區中央大廳雙層鋼桁架位于核心筒內部,采用常規的施工方法和順序無法滿足工期要求。經研究,采用雙層鋼桁架疊拼、逆裝施工技術,發明了“且”式拼裝支架,成功解決了A2區雙層鋼桁架安裝問題,保證施工安全,提高施工效率,大大縮短工期、節約施工成本,取得了良好的技術經濟社會效益。

    關鍵詞:鋼結構;雙層鋼桁架;疊拼;逆裝;整體提升;且式支架

    The construction technology of two layer steel truss in the reconstruction and expansion project of the National Museum of China

    Yang Xia

    Beijing Chengjian-Jinggong Steel Structure Engnieering Co.,Ltd Beijing 100012)

    ABSTRACTIn the reconstruction and expansion project of the National Museum of China, because two layer truss of the Zone A2 megaron is inside of the Core-Tube, so, the time limit for construction can not be met if normal construction methods and construction sequence are adopted。After it is researched, overlap assembly and opposite sequence method should be adopted, and“且”type assembles stents is invented. so the problem is solved successfully with Construction Safety  ensured and efficiency of construction  improved, and the time for construction is shortened greatly with cost of construction saved . Good technical and economic social benefits are achieved.

    KEY WORDSsteel structure; two layer steel truss; overlap assembly ;opposite sequence method;integral lifting; “且”type assembles stents

    1  工程概況

    國家博物館工程位于天安門東側,長安街南側,國家公安部西側,在中國國家博物館原址上進行改擴建。本工程鋼結構主要集中分布在A2、A4、A5、A6四個區,均采用鋼桁架結構形式,其中A2區中央大廳區域的面積為2016m2,上下共有兩層鋼桁架(分別為A2-1A2-2區),為標高21.0m樓蓋和29.0m屋蓋的承重結構;其中A2-221.0m標高桁架高度為3.75m,總重為344.43T;A2-129.0m標高桁架高度為6.65m,總重為367.15T。

    上下兩層鋼結構均為桁架雙向受力體系,為雙層大跨度、高凌空鋼桁架,均采用方鋼管焊接平面桁架,桁架東西跨度42m,南北跨度為49m。針對該工程雙層桁架的特點,提出了雙層鋼桁架疊拼、逆裝的新思路,發明創新了“且”式拼裝支架這一新技術。

    2  疊拼、逆裝施工工藝原理

    2.1 疊拼、逆裝施工原理

    “疊拼、逆裝”的過程即結構施工依次交替的過程,即先拼裝下層鋼桁架結構,再以下層鋼桁架為基礎平臺拼裝上層鋼桁架,安裝時先提升后拼裝的上層桁架,后提升先拼裝的下層鋼桁架。

    “疊拼”的創新點體現在支撐架的創新及運用上,“且”式支撐架的三維結構保證了自身的穩定性,以頂部鋼梁作為簡支梁,以立桿作為垂直受力的傳遞桿件,通過立桿間的水平橫桿保持立桿的穩定,形成簡易和穩定的整體受力體系,使支架上的施工荷載和桁架自重荷載傳遞到結構面層。

    2.2 疊拼、逆裝施工工藝流程(見圖1

     1
     

     

     施工的前期技術準備

    3.1  支撐胎架的設計

    1)通過SAP2000驗算胎架的穩定性,荷載為:動荷載×1.4 + 靜荷載×1.2;確定胎架的桿件規格及材質。

    2)雙層鋼桁架拼裝為了盡可能減少上層鋼桁架自身荷載對下層鋼桁架的影響,可在拼裝胎架的受力部位加裝支撐型鋼,將上層桁架的荷載通過支撐型鋼傳遞到結構面。

    3)胎架設計時,應充分考慮桁架拼裝起拱的要求,不同拼裝位置處的支撐胎架的高度也不同。

    3.2  桁架整體提升吊點布置

    1)提升吊點設計與計算

    通過計算軟件輔助設計確定鋼桁架的提升吊點數量及提升部位節點加強做法。在提升點設置加強桿件,保證桁架桿件的應力值不超過設計值。

    2)提升吊點確定后,通過計算機模擬計算桁架提升過程,檢查桿件在提升過程中產生的撓度值,拼裝過程時在撓度最大點采取反變形措施。

    3)整體提升吊點布置

    兩層桁架的形式與重量均不相同,合理布置兩層桁架的提升吊點,是提升順利施工的關鍵。

    根據兩層桁架的結構形式與重量,初步確定每層桁架的提升吊點數量及其布置,并應用計算機有限元計算分析軟件,對兩層桁架提升的施工工況分別進行模擬,確保在提升過程中構件應力及變形在規范允許范圍內,并確定最佳提升吊點位置和提升吊點所需提升力。

    通過計算分析優化確定了兩層桁架的提升吊點,上層桁架設8個提升吊點(見圖2),下層桁架設18個提升吊點(見圖3)。上層桁架提升點在混凝土豎向結構頂部設置,下層桁架除利用豎向結構頂部設置的8個提升點外,還在混凝土豎向結構側壁上設置了10個提升牛腿(見圖4)。

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    上層(A2-2)桁架吊點布置示意圖

     

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    3  下層(A2-1)桁架吊點布置示意圖

    1

     

    4  提升吊點布置及提升吊裝示意圖

    3.3  測量放線

    測量人員根據圖紙中的軸線位置,在拼裝場地投影放線鋼桁架的拼裝軸線,復核拼裝桁架的軸線位置。

    3.4  提升設備準備

    根據工程工期需要及時安排設備的進場,進場后做好設備的檢驗調試。

    4  雙層鋼桁架的疊拼工藝

    4.1  下層桁架的拼裝

    4.1.1 “且”式支撐胎架布置

    在桁架的兩個對接接頭部位布置拼裝胎架,胎架的高度等同于鋼桁架上下弦之間的高度?!扒摇笔街翁ゼ艿膽?,在構件就位后即可脫鉤,提高了吊裝效率。

    4.1.2 桁架拼裝順序

    1)測量放線,將桁架的平面尺寸投影在拼裝地面上,作為拼裝時的初步定位參考。

    2)將桁架的下弦布置在下弦胎架上,通過定位板控制桁架的軸線位置。

    3)桁架下弦復核無誤后,安裝桁架上弦桿及腹桿,施工人員通過胎架頂部的操作平臺,輔助鋼桁架上弦就位,通過定位板控制安裝精度。

    4.1.3 桁架拼裝順序:

     

    步驟一:下弦胎架布置完畢后,吊裝鋼桁架的下弦;

    步驟二:下弦安裝完畢,吊裝并固定鋼桁架的拼裝平臺;

    步驟三:第一榀鋼桁架上弦桿及腹桿的吊裝,上弦桿與其直腹桿在地面拼裝成整體后吊裝就位;

    步驟四:第二榀鋼桁架上弦桿及腹桿的吊裝,上弦桿與其直腹桿在地面拼裝成整體后吊裝就位;

    步驟五:第三、四榀鋼桁架吊裝,一端與桁架連接,一端通過導鏈拉結攬風固定;

    步驟六:由中心向四周擴展安裝,要求對桁架節點預起拱值進行復核,保證后序的安裝精度;如圖5所示。

     1 

    5  單層鋼桁架組拼完成

    4.2  上層桁架的拼裝

    1)拼裝上層桁架之前,組織下層桁架的驗收。

    2)測量放線,將上層桁架的定位尺寸投影到下層桁架上弦梁的頂面,作為吊裝拼裝初步參考。

    3)復合下層桁架的起拱度是否與上層桁架的相一致,高差處采取用薄鋼板墊高處理。

    4)拼裝胎架的安裝

    在桁架的兩個對接接頭部位布置拼裝胎架,胎架的高度等同于二層桁架上下弦之間的高度。為了避免首層桁架過早的承受額外的施工荷載,可在拼裝胎架受力部位支設型鋼,將上層荷載通過支架及型鋼支撐傳遞到結構面。

    5)上層桁架拼裝

    上層桁架的拼裝順序及注意事項同下層。拼裝后的桁架示意圖如下圖6所示。

    6)上層桁架拼裝完成,及時組織驗收。

     1

    6  雙層鋼桁架疊拼示意圖

    5  雙層鋼桁架的逆裝工藝

    5. 1  上層桁架提升

    1)根據計算,確定上層桁架吊點位置及數量。

    2)提升下吊點及托梁等工件的安裝。

    3)設置上層桁架提升點,布設液壓提升設備。

    4)液壓提升測試,提升高度500mm處靜止30分鐘,檢測提升系統及桁架吊點等設施的安全性。

    5)液壓提升測試成功后,拆除拼裝胎架,開始液壓提升。

    6)上層桁架提升就位后,搭設安全平臺進行安裝、測量、焊接、探傷及驗收等后續工作。

    7)拆除提升設備并移至首層桁架提升點處。

    5. 2  下層桁架提升

    1)上部桁架提升完畢后,開始安裝下層桁架的提升工件。

    2)重新設置下層桁架提升點,并重布液壓提升設備。

    3)下層液壓提升測試30分鐘。

    4)液壓提升測試成功后,拆除拼裝胎架,開始液壓提升。由于該過程結構的提升點比較多,因此對同步要求高。

    5)桁架提升到位后,搭設安全平臺進行安裝、測量、焊接、探傷及驗收等后續工作。

    6)拆除提升牛腿及設備,雙層桁架提升完畢。

    5.3  提升時的監控

    1)提升時要求各提升吊點同步。實現方法是:選一個吊點作主令吊點,該吊點的千斤頂根據主要信號提升構件。其他吊點均從動吊點,各從動吊點與主令吊點的高差,通過高差傳感器測量,將偏差輸入計算機,再轉換為液壓系統控制閥的流量,以糾正各從動吊點提升速度的快慢,實現全部吊點的同步提升。由于流感器和控制閥的靈敏度高,位置誤差0.2mm,系統即會進行調節。

    2)鋼結構在提升過程中,桁架與核心筒之間的距離較小,為避免提升時的結構晃動,在提升支架和提升油缸安裝精確定位后,還特別布置安裝了提升導向裝置,以確保提升過程的安全順利。

    5.4  補裝因吊裝需要而后裝的構件。

    1)先補裝下層桁架的端部鋼梁。

    2)最后補裝上層桁架邊部鋼梁。

    3)兩層桁架鋼結構安裝完畢。

    6  桁架提升質量控制

    1)根據桁架的重量及分布,合理選擇并確定提升施工方法。整體提升方法是用鋼絞線承重,液壓泵站提供動力,千斤頂提升,計算機控制同步。

    2)提升時要求各提升吊點同步。實現方法是:選一個吊點作主令吊點,該吊點的千斤頂根據主要信號提升構件。其他吊點均從動吊點,各從動吊點與主令吊點的高差,通過高差傳感器測量,將偏差輸入計算機,再轉換為液壓系統控制閥的流量,以糾正各從動吊點提升速度的快慢,實現全部吊點的同步提升。由于流感器和控制閥的靈敏度高,位置誤差0.2mm,系統即會進行調節。

    3)在提升過程中測量人員要適時監控整體桁架結構在提升過程中的撓度變形情況,發現情況及時上報處理。

    4)國家博物館改擴建雙層鋼桁架工程現場施工于200955日開工至2009528日完工,現場施工歷時23天,通過現場雙層桁架的疊拼、逆裝提升,實現了雙層桁架安裝工藝的創新,施工中又成功克服了超大跨度桁架撓度變形、垂直度及側向彎曲等施工難題。目前國家博物館改擴建工程施工已經完成,鋼桁架施工質量、進度完全達到設計要求;通過對桁架進行現場實測實量:桁架跨中的垂直度偏差為+5mm,側向彎曲矢高f4mm,桁架安裝對角線偏差為2mm,均滿足驗收標準要求。

    7  結語

    通過對雙層桁架安裝工藝的創新,采取了雙層桁架的疊拼、逆裝施工,實現了雙層桁架全地面拼裝,整個工序連貫有序進行,避免了人員、機械的窩工狀況,減少了大量的高空作業,降低了安全風險;不僅節約了工程成本約36萬元,還加快了施工進度,比計劃工期提前19天,為后續工序的提前介入施工創造了有利條件,為國家博物館改擴建工程按期竣工奠定了基礎。同時也對鋼結構施工領域內大跨度雙層或多層鋼桁架結構施工具有借鑒作用和直接指導意義。

    參考文獻

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    [2] GB50026-2007 工程測量規范

    [3] JGJ81-2002 建筑鋼結構焊接技術規程

    [4]Q CJJTJS 022004  JQB017-2004 鋼結構工程施工工藝標準

    [5]中國鋼結構協會.建筑鋼結構施工手冊.北京:中國計劃出版社,2002

    [6]莫莉.鋼網殼屋蓋吊裝機局部整體提升施工技術.鋼結構2006.579

     

    第一作者:楊霞 女 出生于1978年 學歷:本科  職稱:工程師  Emailyangxia_0614@163.com  通信地址:北京市朝陽區北苑大羊坊北地大廈三層315

    說明:

    1、稿件內容有無不宜公開發表部分(指國外尚未研究成功或屬于保密的專利、發明創造),請說明來稿密級。

    說明:文中所述“且”式支架已經獲得國家發明專利,但文中沒有不宜公開發表部分。

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