解析首博新馆钢屋盖的施工法.doc

首博新馆以大跨度钢屋盖而业内闻名这个外形看似简单但内部结构体系及节点构造复杂的建筑物其施工法当时着实让施工单位动了一番脑筋首都博物馆新馆工程是年北京市项重点工程之一是新世纪北京市标志性建筑新馆位于西长安街延长线白云路西侧该馆建筑为地上五层地下二层总建筑面积为平方米建筑工程预算投资亿元是新中国成立以来北京市投资规模最大的文化公益设施该项目以大跨度钢屋盖而闻名业内其大跨度钢屋盖是由榀南北向平均分布的主桁架和节间垂直及水平支撑系杆组成整个钢屋盖支撑于根摇摆钢柱上东西边桁架下端分别设根抗风柱根摇摆柱柱顶标高均为米主桁架下弦杆中心标高为米柱距米个别米整个大屋盖系统南北向跨度米东西南三个方向悬挑米北侧悬挑米单榀主桁架重吨不等桁架自身高度最大米间距米主桁架及横向垂直支撑均采用平行弦桁架主桁架由轴轴起坡主桁架杆件均采用英钢联生产的钢材此种钢材具有材质轻刚度大等特点屋盖总用钢量仅约吨由此工程的主要施工特点便是钢桁架跨度大悬挑长屋盖钢结构在施工过程中刚度小安装精度要求高钢桁架采用方圆钢管杆件节点构造复杂加工和安装难度大桁架间支撑杆件与主桁架采用高强螺栓连接高强螺栓总量余条屋盖钢结构在安装过程中受环境温度变化和焊接收缩变形影响大屋盖与出屋面的椭圆斜筒体在结构上互不相连使屋盖系统在椭圆筒周围由单纯的桁架结构变为桁架加网架的复合结构系统加工和安装的难度进一步加大因整个屋盖结构用钢量低导致结构所用材料构件规格多仅屋盖系统杆件就有余根其中方钢管共有种规格加大了加工和施工难度独辟蹊径施工屋盖钢结构虽外形简单但内部结构体系及节点构造复杂大跨度钢结构常用的施工方法如整体提升顶升整体吊装滑移法施工等工艺均不适合本工程综合考虑屋顶后续屋面及吊顶工程的施工作业及屋盖钢结构的特点施工方决定采用满堂脚手架分段吊装高空组拼的施工方法具体施工方案是在预拼装场地进行米主桁架的整体拼装然后考虑运输情况及根据现场吊装机械的性能分段运往现场利用现场土建的施工东南西北四个角部均布四台塔吊作为屋架吊装的主要机械运往现场的分段桁架要根据现场四台塔吊的机械性能来确定单榀主桁架经预拼装验收合格后根据塔吊的起重能力结合每榀桁架重量分为段运至现场后进行分段吊装高空对接横向桁架垂直支撑由加工厂整体组装后运至现场直接起吊根据桁架接口位置不同在脚手架施工前预设承重支点在承重支点上方设置沙漏千斤顶以保证主桁架的安装标高并为将来屋面整体卸荷创造条件由于整个屋盖形体呈矩形支撑情况复杂南侧米进深米长的办公科研楼北侧轴以西的基本展厅以及东北侧位于倾斜椭圆筒体内的专题展厅三座独立建筑物群落由覆盖于其上的钢结构大屋盖连接成一个整体建筑物之间的空间构成一个净空余米的礼仪大厅由此形成了整个博物馆建筑外型简洁而不失动感内部空间开敞丰富的建筑风格正是由于上述建筑和结构上的特点使得大屋盖钢结构安装施工成为整个博物馆新馆工程施工中的一大难点由屋盖结构及其下部支撑结构的特点可见大跨度钢结构常用的施工方法如整体提升分段或整体累计滑移整体吊装分段吊装等无一可以完整运用于该项工程的施工整体吊装或提升无法应用整榀吊装现场条件不允许因而本工程中拟采用高空散拼的安装方法即将主桁架在加工厂加工后每榀分为个单元段运往施工现场在施工现场组拼为高空散拼吊装段进行高空散拼安装将加工厂的单元段在地面组拼成已适合塔式吊装的加工单元段吊到主楼拼装架上进行就位组拼安装挑战高难度首都博物馆新馆工程中钢屋盖四周均有尺度较大的悬挑挑檐结构东西两侧悬挑米北侧悬挑米根据施工方案屋盖前九轴范围内的南北两侧挑檐屋盖四角的挑檐采用悬挑法安装施工挑檐桁架在地面组拼就位后由塔吊吊装就位由于构件重量相对其他屋盖构件的重量小得多因而起吊安装不是难题但由于建筑设计要求屋盖四角挑檐在尺度上尽量看起来轻薄且挑檐部分的吊顶板为可反映出上部及馆内空间的不锈钢板因此对挑檐钢结构及吊顶板的安装平整度提出了很高的要求本部位悬挑安装施工的工艺要点就在于精确地控制挑檐下弦轴线的平直度减小悬挑高度方向的误差为吊顶板安装施工创造条件屋盖四周大挑檐安装采用分段吊装法安装可以保证挑檐下弦的安装位置准确但对于屋盖的四角由于构件断面小且纵横方向均由单根钢箱梁汇交于角部一点该部分安装只能高空散拼为了切实保证屋盖四个大角的标高准确在屋盖四角下方搭设承重支架由于支架高度大上层设揽风绳以增加其稳定性承重支架不仅作为四角挑檐构件安装的支点而且在其上设置水平仪支架在屋盖四周形成一个封闭的标高控制网为挑檐下吊顶板的安装提供测量基准钢屋盖整体吊装顺序屋面转换柱安装转换柱临时固定柱间预应力支撑安装预应力支撑分三次张拉第一间主桁架安装校正固定验收以第一间为标准间依次由西向东安装操作一细再细因工程钢桁架的安装均采用高空散拼法施工所以需搭设脚手架而脚手架的搭设除每段的受力支点处立杆间距为米外其余间距均为米悬挑段脚手架的搭设米悬挑脚手架的搭设约需从地下二层顶板开始高度近米因此承重点下的脚手架立杆均为单排间距为米其余均为米工程全部搭设满堂脚手架使构件在满堂脚手架上的拼装胎架上进行有利于拼装质量的保证由于有脚手架和塔吊的配合使屋盖钢结构的防水涂料施工和屋面板吊顶板的安装施工屋面吊顶檩条及龙骨的安装施工均可在脚手架上进行对于保证施工质量和加快施工进度都有可靠保证并且脚手架重复利用率高这样也可以大大降低施工成本由于桁架空间直线变化其高差变化相当大需多次架设仪器进行测定拼装操作平台上垂挂大盘尺通过高精度水准仪将后视标高逐个引测至每个测量操作平台上的某一点做好永久标记作为测量操作平台上标高控制后视点之用根据引测各标高后视点分别测出平台上相应下弦控制节点标记点位之实际标高然后计算出相应控制节点高度差值明确标注于测量平台相应节点标记点以此作为桁架分段组装标高的依据标高控制目标为毫米根据工程施工测量面积大周期长精度要求高等特点为了每榀桁架的安装偏差结果便于分析比较以使整个施工过程的误差处于受控状态施工中采用全过程定点跟踪测量的方法根据测量温度及测量时间不同对主桁架安装偏差进行全程观测在节间杆件安装焊接及高强螺栓等工序的施工过程中固定时间进行观测并记录轴线标高垂直度误差结果并对结果进行分析以便及时进行调整控制误差目前首博新馆钢屋盖工程已经完工并且已获得钢结构长城杯其采用合理的施工方法保证了工程如期完工为钢屋盖系统后续工作的施工创造了条件