中国国家博物馆改扩建工程钢结构桁架整体提升施工技术_任自放_W

1、 任自放，等：中国国家博物馆改扩建工程钢结构桁架整体提升施工技术 中国国家博物馆改扩建工程钢结构 桁架整体提升施工技术 任自放 颜 勇 （江阴大桥工程有限公司，江苏江阴 ）摘 要：中国国家博物馆改扩建工程大型钢结构桁架屋面安装工程中，区钢结构桁架位于中央大厅 个核心筒 之间，周围无支撑柱，大厅楼面下部为地下室，无法采用满堂支架进行施工。经研究，采用钢结构桁架整体提升的施工技术，成功解决了 区钢结构桁架安装问题，节约资金，保证施工安全，质量可靠，大大缩短工期、降低成本，取得体提升；千斤顶 （， ，） ： ， ， ， ， ：； 工程概述 中国国家博物馆改扩建工程地处北京市东城区广场东侧，北临长安街

2、，利用原有中国历史博 物馆和中国革命博物馆的原址，并向东新增建设用地，改扩建成为新的中国国家博物馆。本工程为国 家博物馆 、 区钢桁架楼盖和屋盖安装。全馆共计分为个区域，分别为 、 和 区。其中 区楼盖标高 、屋盖标高 ；、区的钢桁架屋盖标高为 。 钢桁架结构形式为方钢管相贯焊桁架体系，主桁 架材质为 ，次梁为 ，局部支座采用 铸钢。平面桁架的上、下弦及腹杆均采用焊接方钢管，上、下 弦共计 、 、 等 多种截面，其中最大截面为方钢管；最大壁厚为 ，其截面为 方钢管；腹杆则大量采用 和方钢管。 区面积 ，提升部位桁架东西跨度 ，南北跨度为 ，总质量。利用 个核心筒上个提升点，将钢结构桁架整体提升

3、 ， 安装到位。 钢结构桁架提升原理 液压提升原理 “液压同步提升技术”采用液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具。液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具，具有安全、可靠、承重件自身重量轻、运输安装方便、中间不必镶接等 独特优点。 液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用。当锚具工作（紧）时，会自动锁紧钢绞线；锚具不 工作（松）时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。 液压提升过程如图所示，一个流程为液压提升器的一个行程。当液压提升器周期重复动作时， 被提升重物则一步步向前移动。 液压提升步骤 第步：上锚紧，夹紧钢绞线。第 步：提升器 第一作者：任自放，男，年出生，高级工程师。 ： 收

4、稿日期： （）， 施工技术 结构的竖向位移示意 图桁架节点竖向位移最大值为 ，出现在桁 架 的跨中，相对于桁架 跨度的竖向挠度为，变形满足施工要求（图）。 桁架提升吊点工况计算分析 核心筒桁架预埋牛腿处设置临时斜撑，斜撑采用 的 钢管，根据各支点最大反力值，取最大支点反力桁架牛腿来考虑 与 轴处牛腿。采用 软件建模进行计算，桁架预埋牛腿、斜撑、核心柱内桁架梁以梁单元考虑， 钢柱采用组合截面，矩形混凝土（）十字 型钢 （），并换算为钢材，墙体采用实体单元， 混凝土。考虑单元从标高 开始，到核心筒顶，与吊点位置的主桁架同一平面内的核心筒墙体为验算对象。下端固结，上端自由。荷载取最大吊点反力 为标准

5、值，因为采用连续千斤顶提升，速度比较慢，取动荷系数为，吊点最大设计 值为，见图。 图液压升降流程示意 提升重物。第步：下锚紧，夹紧钢绞线。第 步： 主油缸微缩，上锚片脱开。第 步：主油缸缩回原位。第步：上锚缸上升，上锚全松。 液压提升设备 本工程中液压提升承重设备主要采用穿芯式液压提升器，如图所示。 图 型穿芯式液压提升器 整体提升的相关计算 图吊点受力分析 桁架提升点设置模型 ）桁架提升点设置模型（图）。 计算结果：桁架的最大应力变化为 ，实 体混凝土的应力变化为 ；桁架牛腿处的临时钢管的最大应力变化为 ；提支撑升桁架提升点处上下弦最大应力为 ，最小应力为 ；跨中上下弦最大应 力为 ，最小应

6、力为 ；增加牛腿后，牛腿本身的受力较大，最大应力为 ，牛腿桁架及实体混凝土的应力变化较小，牛腿桁架提升应力最大变化值为 ，实体混凝土的应力变化为 。跨中桁架应力最大值 为 ，最 小应力为 （图）。 图 区桁架提升工况分析模型 结构提升采用桁架端部核心柱位置设吊点，且都设置在核心柱的内侧牛腿上，结构总共设个吊点。）桁架提升过程受力分析（图）。 通过对桁架提升过程中的竖向位移分析可知， 钢结构 年第期第卷总第期 ， 任自放，等：中国国家博物馆改扩建工程钢结构桁架整体提升施工技术 也解决了桁架跨度大，吊装施工难等问题。结合 区的施工，结构平面分区见图。 图结构提升的应力示意 通过对提升结构的验算可知

7、，桁架的应力值最大值不超过 ，因此提升的全过程结构安全可靠。 图 区钢结构分区示意 钢桁架安装方案及技术措施 区提升施工流程 区在地面拼装胎架上拼装，胎架搭设材料选用双拼的 贝雷梁。在贝雷架上选用号、 号、 的工字钢拼装胎架，打出轴线位置，然后按照轴线位置拼装桁架，依次类推，完成 整个提升分区的安装，见图。 区提升钢桁架安装方案 整个 区钢结构共分层，分别为 楼盖桁架及 屋盖桁架。大厅底部混凝土楼面标高为 （局部 ），距离桁架楼盖约高，采用整体提升施工符合结构布置特点，同时 提升工艺流程示意 图步骤一：在 区的大厅内 标高（局部 ）的混凝土楼面上搭设拼装胎架，具体布置平面见图。 区楼面为 的混

8、凝土轴轨道布 （）， ： 施工技术 置在 的纵梁上，其立面布置 见图。 轴与轴略有不同，其不同处为 轴下方 有 的横梁和 立柱。具体布置见图。 步骤二：拼装各主桁架和次桁架，除与预埋牛腿连接的杆件。 步骤三：从预埋牛腿上投影安装坐标到地面上， 对与牛腿连接的杆件进行坐标控制，测量固定牛腿的中心点坐标后，调整该桁架拼装间隙。 步骤四：设置提升器，液压同步提升整块桁架。桁架端部点均设置提升牛腿。通过计算机控制整个液压提升过程，保证提升桁架的整体稳定。 步骤五：桁架提升到位后，安装桁架弦杆连接到牛腿上，同时补桁架端部腹杆，保证桁架结构稳定支承在混凝土牛腿上（图）。 图拼装胎架布置 图轴立面布置示意

9、图轴立面布置示意 ，正式提升时间为 。 ）提升加速度控制。提升开始时的提升加速度取决于泵站流量及提升器提升压力，根据工程实际情况对泵站流量及时进行调节。 ）钢结构提升过程中稳定性控制。在提升的起动和止动工况时，钢结构桁架产生抖动是由于起、制 动的加速度过大和拉力不均匀引起。采用液压提升器整体同步提升钢构件，与用卷扬机或吊机吊装不 同，可通过调节系统压力和流量，严格控制起动的加 步骤六：拆除提升设备，至此完成 区桁架的安装。 提升过程中的监控 提升速度、加速度及钢结构提升过程中稳定 性控制 ）提升速度控制。提升系统的速度取决于泵站的流量、锚具切换和其他辅助工作所占用的时间。提升区域液压泵站的主泵

10、机流量为，台泵站供应 台 提升器，最大提升速度为 钢结构 年第期第卷总第期 任自放，等：中国国家博物馆改扩建工程钢结构桁架整体提升施工技术 接，对连接质量进行全面检查后，根据各个提升点的提升力，按的比例将承受在提升系统上的提升力逐步转移到提升钢结构系统的支承构件上。 刚桁架在提升过程中，还要在桁架上和桁架牛 腿上贴反光膜，以观测桁架和桁架牛腿的变形情况。 钢结构的整体测量控制 桁架安装阶段的控制要点主要是对其轴线位置和对接点的标高进行控制。由于桁架主要的连接节点为刚接节点，通过控制安装构件的实际尺寸和平 面度来控制构件的就位精度。安装过程中主要采用 经纬仪和钢尺进行控制，安装次桁架时，同时对主

11、桁 架的实际位置进行调整。 提升对接节点的测量是本工程整体安装精度控制的关键点，各个环节应严格控制。首先，是主桁架的拼装精度和其整体线形的保证度；其次，提升过程中整个单元的变形控制；最后，是就位对接点的错位控制。为保证整个单元各个对接接点的总体对接精度，必须保证单元的同步整体提升，并保证每个提升点的独立调节性能。就位后根据实际情况，采用现场切割的方法将工厂对部分构件的预留量进行处理，但是同时控制对接点的焊接质量。 图提升设备布置示意 速度和止动加速度，保证提升过程中钢结构桁架系 统的稳定性。 提升过程中钢桁架的应力、变形及位移监控 在开始提升前，通过计算机对各个提升区域建立计算模型，对提升过程

12、中的钢结构提升开始阶段、提升停止阶段、下降开始阶段、下降停止阶段及钢结构就位阶段进行计算机模拟分析，得出钢桁架各杆件的应力和变形情况，在施工过程中，对在计算机分 析过程中的应力、变形较大的杆件，在关键部位放置检测装置（如贴应变片），检测杆件应力变化，确保钢 结构提升过程中的安全与稳定。 由于钢结构的提升速度很慢，同时提升过程为竖直提升，提升时在各个提升点上各固定 个反射棱镜，在提升单元沿下方搭设一个临时观测平台，安 置台全站仪，分别观测这个反射棱镜，在提升过 程中，各个点同时计时，每隔固定时间间隔测量全站仪与反射棱镜间的距离，记录每次监测的距离数据， 通过时间 距离记录表了解详细的提升运动状态， 对钢结构的竖直及水平位移情况进行动态控制，并及时通过提升系统进行调整。 结 语 依据钢结构桁架结构整体提升施工的原理，根据现场条件，制定了提升工艺及整体控制等一整套施工技术。采用在地面进行钢结构桁架的安装，完成桁架的整体安装后整体提升至设计标高，进行空中就位，省去搭设高空脚手架施工，节省了资金，减少了安全隐患；在低空组装施工便于测量和安装质量控制，质量可靠；大大缩短工期、降低成本，取得了良好的社会经济效益。 参考文献 ， 型钢混凝土组合结构技术标准 钢结构就位阶段的控制 提升区域的钢结构就位阶段过程实际就是荷载转移过程。在荷载转移过程中，遵循“变形协调、