广东省某博物馆悬臂预应力桁架钢结构工程施工技术总结

广东省******博物馆新馆馆钢结构工程程施工技术

关键字：：悬挂结构、体体内预应力结结构、水平杆杆件内灌混凝凝土结构、等等标高累积滑滑移、轨道分分离式滑移

摘要：广东省省****博物物馆新馆钢结结构工程是目目前国内最大大的吊挂式结结构，总用钢钢量1.8万吨。屋盖盖桁架中还采采用了内灌混混凝土和体内内预应力索提提高构件刚度度，节点设计计、钢结构施施工、结构累累积变形的分分析和结构施施工过程的精精度控制难度度大。经过多多种方案的比比选，施工采采用了多个工工作面同时展展开的施工思思路。其中主主桁架施工采采用利用核心心混凝土柱作作滑移轨道支支撑，等标高高、直线、累累积滑移工艺艺

1、工程概况

广东省******博物馆馆新馆外形为为盛满珍宝的的容器（见图图1.1），总建筑筑面积约66280平方米，建建筑总高度为为44.5米，地下室1层，地面以以上共5层。基础及及二层以下采采用钢筋混凝凝土结构，三三层以上以悬悬臂预应力桁桁架钢结构为为主。总用钢钢量1.8万吨。

钢结构分为为四大部分（见见图1.2）：核心筒筒钢管柱及楼楼层圈梁，五五六层悬臂桁桁架体系，吊吊杆及楼层结结构，外围护护立面墙体系系。

钢管柱及圈梁：布布置于核芯筒筒体混凝土剪剪力墙内，钢钢管柱为直径径650mmm直缝钢管，与与楼层结构对对应的标高框框架圈梁则采采用箱形、H型钢结构（见见图1.3）。

五六层悬臂臂桁架体系：：是本工程主主要的受力系系统，支撑在在核心筒混凝凝土墙上部，与与钢管柱直接接焊接。桁架架共8榀，采用双双向交叉平面面桁架，桁架架高度8m，上下弦弦采用1.55m×1m箱型截面面，腹杆与弦弦杆等宽为11m，高度从从800mmm×1500mmm不等。上上弦穿体内预预应力索，单单榀桁架长度度113.55m，两端各各悬挑出核心心筒23m。沿悬悬臂桁架外端端设4榀封口边桁桁架。上、下下弦分别设置置五层和六层层楼层钢梁，形形成整体桁架架屋盖体系（见见图1.4）。

吊杆及楼层结构：：封口桁架下下伸600×6600的箱型钢吊吊杆，核心筒筒内部下伸Φ299圆钢管吊杆杆，悬吊3～4层楼面结构构体系。

外围护立面面墙体：采用用由H型钢骨架形形成的凹凸立立面墙架。

按照结构设计，结结构体系有三三大特点：

悬挂结构:

钢桁架外挑挑23m，通过过刚性吊杆悬悬挂下部三层层楼盖结构，楼楼面与混凝土土核心筒铰接接，形成了典典型的悬挂结结构体系（见见图1.7）。

组合结构;混凝土土核心筒承担担主要竖向和和水平承载（见见图1.8），支撑上上部桁架钢结结构。桁架下下弦及部分受受压腹杆内灌灌混凝土（见见图1.9），形成钢—混凝土组合合结构。桁架架及楼层梁内内灌混凝土形形成钢-混凝土组合合构件。

预应力结构：桁架架、核心筒内内外吊杆内设设预应力索，形形成水平和立立面共同作用用的预应力体体系（见图1.10）。桁架预预应力每榀四四束，每束由由31根Φ15.244mm

钢绞线组成成群索，索从从上弦穿过腹腹杆锚固在下下弦，索在箱箱形梁内转弯弯（见图1.11）。悬挂吊吊杆内设Φ7×121缆索，外吊吊杆内设四束束一组，内吊吊杆1束一组。

2、施工条件

土建建施工面条件件：在移交钢钢结构施工前前，土建已完完成地下室一一层、二层66.5m混凝凝土结构施工工，核心筒钢钢柱施工到77.5m标高高。楼面荷载载达到设计值值，即室外30KN/㎡，室内15KN/㎡。

3、施工重点、难点点

3.1

桁架上下弦弦、腹杆均采采用箱形截面面，弦杆截面面全部采用1500××1000，主方向带带牛腿的桁架架合计重量为为670t。构件截面面大、重量重重，场地狭窄窄，吊装施工工异常困难。（见见图3.1）

3.2

主体桁架架箱形截面纵纵横交叉，吊吊杆与斜撑、吊吊杆与楼面梁梁、钢管柱与与楼面梁连接接节点翼板均均需整体下料料（见图3.2）。复杂的的节点构造限限定了结构的的分段，大量量节点需要在在工厂制作成成为整体，不不仅使深化设设计、构件加加工难度大。同同时给构件的的运输和钢结结构安装带来来困难。

3.3

不同于普普通的结构体体系，施工过过程需要与结结构特殊的受受力秩序吻合合。施工顺序序需要根据各各部分构造对对结构的贡献献来确定。

3.4

预应力索为为体内索，索索锚的设计、穿穿索、张拉施施工难度都非非常大。索存存在与桁架混混凝土和吊杆杆的相互协同同作用，张拉拉预应力值控控制难度大。

3.5

因结构采用用特殊的悬挂挂式，主要受受力桁架的变变形会随施工工的顺序不断断发生变化，桁桁架的变形是是一个随施工工过程反复变变化和叠加的的过程。因此此预变形值的的设定和施工工过程控制难难度大。

4、施工方案

本工程施工工分为三条主主线：核心筒筒框架、五六六层屋盖桁架架体系、吊杆杆及楼层结构构。

五六层桁架架体系共10000吨，采用高高空拼装，累累积滑移（见见图4.1）。

核心筒钢管柱分三三层吊装，连连接相应楼层层圈梁，形成成稳定框架体体系(见图4.2)。

楼层结构采采用正序安装装，按吊杆—主梁—次梁分层吊吊装。支撑架架设置在底层层吊杆下，吊吊杆在安装过过程中临时作作为钢柱拆除除支撑，形成成吊挂结构。

方案优点：(1))利用核心筒筒钢管混凝土土柱的竖向承承载力和侧向向刚度大以及及直线、等标标高的特点，作作为滑移的轨轨道支撑（2）核心筒钢钢管柱、屋盖盖桁架、楼层层结构三个作作业面可同时时施工，做到到立体交叉水水平占满；（3）屋盖桁架架采用液压爬爬行器同步滑滑移，实现滑滑移体系内力力自平衡和滑滑移过程结构构稳定。(4)竖向承载及及滑移轨道分分离，充分利利用钢结构自自身刚度，减减小了支撑体体系集中力作作用。

5、施工顺序序（见图5.1）

（1）西侧空地地为钢结构的的地面拼装场场地，构件分分段卧拼装。

（2）场地的东东、南、北侧侧各布置一台台固定式塔吊吊，西侧布置置滑移支撑架架，采用大型型履带吊吊装装。

（3）进行钢管管柱和框架梁梁的吊装。钢钢管柱吊装分分三层，安装装到滑移轨道道的底标高。

（4）核心筒施施工的同时可可进行西侧滑滑移拼装平台台和楼层核心心筒外楼层安安装支撑架的的搭设。

（5）滑移拼装装平台每次只只拼装一榀桁桁架，采用等等标高滑移。

（6）滑移第一一榀为东侧边边桁架，拼装装可组成三角角形稳定体，分10主段进行吊装。吊装采用一台500履带吊和一台200t履带吊抬吊。

（7）在第一榀桁架滑移时，设置8台100t液压爬行器，顶推桁架，一次滑移21.4m距离。

（8）滑移轨道设在B、E轴，剪力墙和拼装支撑胎架安装完毕后，从1/01轴至5轴东西通长布置，长108m。

（9）在滑移支撑架上进行第二榀主桁架的高空拼装，主桁架分6段采用一台500t履吊吊装由一边向另一边吊装，中间散件穿插吊装；

（10）安装桁架间另一方向分段主桁架，吊装采用500t履带吊吊装，200履带吊配合吊装。

（11）安装桁架间楼面钢梁，增设8个100t爬行器，进行两榀桁架的滑移，滑移距离为一个跨距。

（12）依此类推，进行六榀屋顶钢桁架和屋顶钢梁的累积滑移。共24个100t爬行器进行顶推。

（13）屋盖结构滑移的同时，南北两侧及核心筒内的楼层结构，也由三台C7050塔吊从西向东顺次吊装。

（14）吊装采用分区退吊，分区内按吊杆—主梁—次梁分层吊装。支撑架设置在三层吊杆位置上。

（15）第一榀桁架滑移到轨道5轴处，爬行器换置在第四榀桁架上。悬挑部分滑出轨道，推到设计位置。

（16）吊杆与桁架连接的最后一段，留待最后安装。

（17）屋盖整体滑移到设计位置，完成钢管柱与桁架下弦的焊接。

（18）拆除轨道和支撑架，采用塔吊和200t履带吊先后进行东侧和西侧核心筒外侧楼层钢结构的安装。

（19）进行四层吊杆安装。随后屋盖结构开始进行预应力穿索。

（20）第一次张拉屋盖主桁架的预应力索到设计值的70%，桁架悬臂部分上拱，楼层吊杆脱离支撑架，楼层结构吊挂在屋盖桁架上。

（21）拆除楼面支撑，张拉吊杆预应力钢索，实现悬挂钢结构体系。

（22）进行土建楼面和主桁架混凝土的浇注，第二次张拉桁架预应力索到设计值。

（23）安装外墙立面结构，完成钢结构施工。

6、主要技术要点和质质量保证措施施

6.1结构预拱

本工程结构构在施工过程程中存在五个个阶段：

（1）屋盖滑移移到位，下部部结构楼层结结构与屋盖结结构还未连接接；

（2）四层吊杆杆与屋盖结构构连接，下部部三层结构悬悬挂在屋盖桁桁架上；

（3）桁架施加加部分预应力力，屋盖桁架架有部分反向向变形；

（4）楼面及屋屋盖结构内部部浇注混凝土土；

（5）施加预应应力到设计值值，结构完成成变形，在恒恒载和0.5倍活载作用用下的结构最最终变形。

桁架预拱：按照上上述计算原则则将各种荷载载作用下结构构的变形，反反向施加于结结构，确定为为1.0恒载＋0.5活载最用下下的工况作为为控制阶段和和结构预拱值值，且屋盖结结构预拱只在在悬臂桁架的的端部进行；；预拱采用直直线式起拱，工工厂构件制作作不考虑预拱拱的影响，预预拱依靠地面面拼装和高空空拼装的定位位实现。

桁架端部预预拱值见图6.1。

按照吊杆长度不变变的原则，吊吊杆的预拱需需要通过底部部标高的调整整进行。

具体预拱措措施为楼层结结构最外圈吊吊杆的标高定定位值为：设设计标高+预拱值+桁架自重变变形值，（设设计值+5阶段值-1阶段值）。

6.2支撑架设计

支撑架分为为：滑移拼装装平台支撑架架，滑移轨道道支撑架，楼楼层结构安装装支撑架（见见图6.2，6.3））。

拼装平台处处支撑胎架分分主胎架和副副胎架，主胎胎架设置在地地下室边界线线外侧1/01轴处西偏15500mm，主主要支撑滑移移桁架的分段段拼装。副胎胎架位置在主主胎架的东侧侧，离西侧剪剪力墙中心位位置为14..5m，支撑撑南北向桁架架安装。为了了与楼层混凝凝土柱形成对对应关系，支支撑全部采用用大直径钢管管柱，柱之间间采用钢管撑撑连接连接，中中间填充脚手手架作为操作作平台。

6.3滑移施工

5—6层钢屋盖结结构采用逐榀榀累积直线等等标高滑移（见见图6.4）。

钢屋盖的滑移采用用液压同步顶顶推技术进行行，滑移过程程水平力自平平衡（见图6.5）。

桁架下弦面面设置滑移通通道，通道表表面与桁架下下弦全面接触触，提供水平平推力的爬行行器轨道与竖竖向承重面分分离。利用桁桁架自身刚度度，减小轨道道负荷（见图图6.6）。

进行滑移施工的结结构重量约8800吨，除屋盖盖钢桁架外还还应包括核心心筒内部的5、6层楼层钢梁梁，所有悬挑挑部分楼层钢钢梁滑移到位位后，原位安安装。

整体滑移至至核心筒东侧侧边缘时，结结构前端将脱脱离滑道，在在悬挑状态下下逐步滑移到到设计位置（见见图6.7）。

第一次滑滑移边桁架设设计没有斜撑撑，无法形成成单向受力结结构，需要采采用临时杆件件加强（见图图6.8）。

第一滑移单元最大大变形为455mm位于桁桁架中部（见见图6.9）。导致该该部分在与第第二单元组装装时接口位置置错位在完成成第一次滑移移后首先需将将该单元与第第二单元对接接节点利用千千斤顶顶起到到设计标高，利利用胎架固定定牢固后才能能与第二单元元组装。待桁桁架对接完成成再卸载胎架架，进行滑移移。

6.4预应力施工工

纵横向交叉叉与立面吊杆杆索交叉。施施工难度大。需需要在箱形结结构内设计弯弯管套筒、导导索机构，套套筒在工厂直直接定位在横横隔板上，施施工时需要高高空单根穿索索，才能保证证钢索顺利转转弯和交叉。

本工程结构构自重产生的的索力大，施施工顺序确定定后，需要对对各种结构状状态索力进行行详细分析，从从而推算不同同时供阶段施施加预应力的的控制值，经经分析确定桁桁架每束张拉拉力3500KKN，分两次张张拉，预应力力控制值在索索极限承载力力的55%左右。吊杆杆索每束张拉拉力2200KKN一次张拉到到位，预应力力控制值为所所极限承载力力的30%。

桁架第一次次张拉的结构构初始状态为为：所有钢结结构安装到位位，屋盖桁架架与吊杆焊接接，楼层结构构支撑架未拆拆除，第一次次张拉到预应应力索设计值值的85%，桁架悬臂臂部分上拱，楼楼层吊杆脱离离支撑架，楼楼层结构吊挂挂在屋盖桁架架上。

拆除楼面支撑，张张拉吊杆预应应力钢索，实实现悬挂钢结结构体系。

进行土建楼楼面和主桁架架混凝土的浇浇注，第二次次张拉桁架预预应力索到设设计值每束3500KKN。

6.5施工仿真分分析和变形控控制

本工程钢结结构自重、楼楼面混凝土及及各种活载作作用，预应力力，桁架内浇浇灌混凝土，各各部分构造对对桁架的变形形有不同的贡贡献。结构的的最终变形是是各阶段荷载载作用下变形形的叠加，此此值随着施工工顺序在不断断的发生变化化（见图6.13），仿真计计算就是要找找到变形的规规律，对结构构分层预变形形，使结构的的最终变形达达到设计的初初始状态。反反过来再指导导深化设计和和安装顺序，并并成为本项目目质量验收标标准编制依据据。

6、小结：

广东省省****博物物馆新馆钢结结构，采用大大悬臂桁架悬悬挂下部三层层楼面结构的的吊挂式结构构，桁架中还还采用了内灌灌混凝土和体体内预应力索索提高构件刚刚度，节点设设计、钢结构构施工、结构构累积变形的的分析和结构构施工过程的的精度控制难难度大。经过过多种方案的的比选，施工工采用了多个个工作面同时时展开的施工工思路。其中中主桁架施