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法門寺合十舍利塔鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

作者:雷文秀等    
時間:2009-12-22 20:26:03 [收藏]
摘 要: 法門寺合十舍利塔工程屬異性鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),本文著重對其鋼結(jié)構(gòu)部分的特點、安裝方法及采取的技術(shù)措施進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞: 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) 懸挑結(jié)構(gòu) 安裝
     

    一、工程概況
    法門寺合十舍利塔工程位于陜西省扶風(fēng)縣保存釋迦摩尼真身舍利之地法門寺,該塔在設(shè)計造型上結(jié)合佛教文化,選型雙手合十狀,立面呈多次折線型,屬標(biāo)志性特種結(jié)構(gòu)。設(shè)計單位為上海建學(xué)建筑與工程設(shè)計所有限公司,安裝單位為陜西省機(jī)械施工公司。
    該塔主體結(jié)構(gòu)為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),其中鋼骨結(jié)構(gòu)由豎向鋼骨柱和水平鋼骨梁組成,豎向鋼骨柱采用十字形柱以及矩形、方形、日字形、L形、折線形多種箱型柱,水平鋼骨梁有工字形鋼骨梁、箱型鋼骨梁、桁架、槽鋼格構(gòu)梁等。
    鋼骨總用量約1.48萬噸;分塔樓、牟尼珠、塔剎、堂塔四部分構(gòu)成。塔樓總高127m,唐塔標(biāo)高約在84m,牟尼珠標(biāo)高133m,塔薩標(biāo)高147m,。
    鋼骨柱、鋼骨梁構(gòu)件鋼材選用Q345GJ-C低合金鋼,要求熱軋或正火狀態(tài)交貨,其碳當(dāng)量ceg≤0.42,焊接裂紋敏感性系數(shù)Pcm≤0.29。
    底腳螺栓、柱基底板、鋼骨柱底板、[32a、[40a及連接角鋼和鋼板均采用Q345B低合金鋼。


    二、鋼結(jié)構(gòu)施工特點
    1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜
    鋼骨結(jié)構(gòu)體系平面展示為雙對稱結(jié)構(gòu),體系沿高度方向平面變化大,轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)折節(jié)點以及開口數(shù)量多,層間尺寸大,外形三次折線往復(fù)變化,鋼骨柱長度變化多,加之采用懸挑形式施工,使施工安裝難度加大。
    2、結(jié)構(gòu)體系的不穩(wěn)定性
    本工程為筒體鋼骨砼結(jié)構(gòu),從計算模型來分析,鋼骨結(jié)構(gòu)體系不穩(wěn)定(變形大),在工期相當(dāng)緊張的情況下,鋼骨結(jié)構(gòu)超前安裝定位必須采取預(yù)變形值來調(diào)整,或采取加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度與調(diào)整變形值相結(jié)合的方式。
    3、工期緊,工程量大
    本工程鋼結(jié)構(gòu)總重量超過1.48萬噸,鋼骨構(gòu)件數(shù)量多, 2007年4月下旬進(jìn)場,要求在年底完成吊裝任務(wù),因此對制作、安裝的工期要求非常緊。
    4、結(jié)構(gòu)變形測試復(fù)雜,難度大
    結(jié)構(gòu)的整體變形主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的各個拐點的位移變化,該變化是累加的,需要連續(xù)觀測,直至整個工程竣工;局部的變形主要監(jiān)測單層結(jié)構(gòu)完成后的該層的位移變化,包括鋼骨架完成、混凝土澆筑前后的變化,這只是階段性的觀測,該施工段過后就不需再監(jiān)測。舍利塔各控制部位的變形隨著結(jié)構(gòu)的上升,不斷的累加。根據(jù)累加計算結(jié)果,附加一定的經(jīng)驗系數(shù),確定各控制點處的初始預(yù)調(diào)值。使結(jié)構(gòu)完成后達(dá)到設(shè)計要求。
    5、構(gòu)件就位精確測量控制影響因素多
    在施工各階段包括主體鋼骨、樓層混凝土工程施工,隨著結(jié)構(gòu)自重、活荷載、溫度荷載、風(fēng)荷載以及相對沉降等不斷變化,將對塔樓產(chǎn)生不同的作用效應(yīng),特別是在懸挑部分施工的各個階段對精確測量帶來影響。預(yù)設(shè)調(diào)整值和精確測控在整個施工中至關(guān)重要,也是保證結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的關(guān)鍵。
    6、焊接作業(yè)量大,焊接要求高
    本工程各層基本均有約160根鋼骨柱對接,對接焊縫等級為一級,檢驗等級為B級,評定等級為Ⅰ級;有上千根槽鋼、型鋼墻肢、10-20根H型鋼骨梁和桁架梁需要焊接,每層一級全熔透對接焊縫達(dá)1000-1500m,加之于土建工序參差,焊接量大,作業(yè)時間短。本工程焊接質(zhì)量等級要求高,控制焊接變形、消除殘余應(yīng)力,消氫、防風(fēng)措施,是本工程鋼結(jié)構(gòu)焊接的重點內(nèi)容。
    7、結(jié)構(gòu)施工中的傾斜懸挑大
    塔樓高127m,54m-74m向外傾斜54°,74m-104m向內(nèi)傾斜54°,懸臂部分外伸22.5m。懸臂部分安裝是本工程最為關(guān)鍵的部分,施工難度增大。
    8、特殊節(jié)點復(fù)雜
    該塔屬特殊結(jié)構(gòu),節(jié)點受力大且復(fù)雜,故選取了以下各種節(jié)點類型。

    9、施工安全技術(shù)要求高
    施工安全包括結(jié)構(gòu)安全和生產(chǎn)安全,其中首先要保證結(jié)構(gòu)安全,結(jié)構(gòu)安全是生產(chǎn)安全的前提。大量傾斜的單根構(gòu)件在形成框架前需采用大量的臨時加固措施以及預(yù)變形值來保證其穩(wěn)定和設(shè)計就位。操作平臺必須通過設(shè)計計算確定,采用結(jié)構(gòu)型輕質(zhì)類裝配式體系,來保證作業(yè)安全。
    三、吊裝方案的確定
    1、外支撐體系安裝法:第一,外支撐體系用鋼量較大,不經(jīng)濟(jì);第二,不能滿足74m以上內(nèi)傾斜部分不穩(wěn)定現(xiàn)象;第三,四周群房與舍利塔安裝同步施工,無條件搭設(shè)支撐架。
    2、內(nèi)支撐體系安裝法:在79m標(biāo)高處,內(nèi)側(cè)設(shè)支撐桁架。第一,用鋼量?。坏诙?,不占用施工場地;第三,起到撐拉作用,即解決54m—74m外傾穩(wěn)定,又解決了74m—109m內(nèi)傾穩(wěn)定,其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果比較明顯。
    3、考慮每層鋼筋,混凝土及土建施工荷載對鋼骨柱產(chǎn)生的局部變形,在預(yù)調(diào)值變形計算中將鋼骨與土建參差行作為先決條件:
    0-54m鋼骨安裝超前土建施工面10m左右;
    54m-117m鋼骨安裝超前土建施工面20m。
    79米-84米處增設(shè)水平支撐桁架。
    四、結(jié)構(gòu)吊裝及設(shè)備選擇
    1、24米以下鋼骨結(jié)構(gòu)的安裝
    由于塔內(nèi)不允許設(shè)起重設(shè)備,±0以下施工階段無條件設(shè)立外圍塔吊,故 -19-24m所有結(jié)構(gòu)采用一臺400t和一臺300t履帶吊吊裝,兩臺50t汽車吊倒運(yùn)。
    先立四角筒體再搭設(shè)操作平臺,由內(nèi)向外安裝,逐層積累。因該部分無切斜,所以安裝工藝與普通高層鋼結(jié)構(gòu)接近。
    本層方案的采取主要是由于地下結(jié)構(gòu)安裝完畢,上層結(jié)構(gòu)隨即進(jìn)行安裝,而塔吊還未安裝到位所決定的。
    2、24米-44米的安裝
    按每10m一層安裝,順序為:鋼骨柱→墻肢鋼骨→槽鋼墻肢→梁鋼骨。每個鋼骨柱均整根吊裝,先豎向鋼骨柱,再斜向鋼骨柱。
    采用四臺外附著式塔式起重機(jī)吊裝,其中主吊為MC480型、輔吊為MC320型,各兩臺,對角布置,吊臂半徑40m(見圖6),最大起重量25t(見表1)。
    先筒內(nèi)后筒外,先鋼骨柱后鋼骨梁(墻肢),先豎向鋼骨柱后斜向鋼骨柱,最后安裝筒體間水平鋼骨梁,(見圖7)。


    3、44米-54米的安裝
    該段最為復(fù)雜,由以下部分構(gòu)成:第一、四個角部筒體 ;第二、筒體之間的鋼梁及墻肢柱;第三、筒體之間的桁架及桁架之間的聯(lián)結(jié)構(gòu)件;第四、中部的穹頂;第五、穹頂上部的鋼梁。其節(jié)點復(fù)雜,用鋼量大,最重構(gòu)件38t。

    本層作為整個結(jié)構(gòu)的主要轉(zhuǎn)換層之一,在整個結(jié)構(gòu)上起著承前啟后的作用,所以決定了此部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特殊性,構(gòu)件在結(jié)構(gòu)布置上的復(fù)雜性,尤其是其中的桁架與穹頂,給吊裝均帶來一定的難度。基于對結(jié)構(gòu)的分析及吊裝過程保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的分析,吊裝順序為:先四個角筒體構(gòu)件,后桁架,再穹頂,最后安裝橫梁。
    其中桁架的吊裝是本層安裝的難點與重點,桁架的順利安裝是保證工期及鋼結(jié)構(gòu)不影響后續(xù)混凝土施工的先決條件,對8榀重型桁架采用雙機(jī)抬吊進(jìn)行安裝。主要安裝措施為:第一、塔吊負(fù)荷不大于允許起重量的80%;第二、起升和回轉(zhuǎn)力求同步;第三、吊車司機(jī)和指揮必須有抬吊經(jīng)驗;第四、抬吊過程中加強(qiáng)觀測。

    4、54米以上及79-84米支撐桁架的安裝
    先筒內(nèi)后筒外,先鋼骨柱后鋼骨梁(墻肢),先豎向鋼骨柱后斜向鋼骨柱,最后安裝筒體間水平鋼骨梁。
    從施工計算得出,安裝至79米標(biāo)高時,其結(jié)構(gòu)變型較大,為防止混凝土裂縫和變形問題,在此增設(shè)四榀支撐桁架。每榀桁架設(shè)置兩個斷面為三角型的格構(gòu)式立柱, 桁架主要構(gòu)件規(guī)格為: φ711*16,φ299*20,φ168*10。(見圖12-14)
    桁架吊裝采用地面拼裝,分段吊裝,高空對接完成。先吊裝桁架的立柱,然后吊裝兩側(cè)的兩段桁架,最后吊裝中間段。

    五、施工措施
    綜合工程的設(shè)計特點、現(xiàn)場復(fù)雜條件及工期緊等因素,鋼結(jié)構(gòu)安裝采取了以下幾項措施。
    1、對各種安裝方案進(jìn)行驗算、比較,選擇既滿足工期要求,又安全穩(wěn)妥的最優(yōu)方案。
    2、對施工階段結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和各層鋼結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定進(jìn)行了計算分析,并采取了有效的加固方案。圖15為合十舍利塔主體完工照片。
    3、采用北京CCTV 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)調(diào)值方法,對施工過程中的變形進(jìn)行了有效的控制。
    4、為解決懸挑結(jié)構(gòu)施工階段的不穩(wěn)定性,在79米柱高處設(shè)水平支撐體系。
    5、鋼結(jié)構(gòu)安裝定位采用內(nèi)外雙向測量控制,即以結(jié)構(gòu)中心為控制點逐層安裝;外控采用兩臺全站儀配反光貼對各角點、拐點進(jìn)行空間定位控制。
    6、對所有上崗電焊工針對該工程的特殊要求進(jìn)行了培訓(xùn)考試,并做了焊接工藝試驗,制定了相應(yīng)的焊接工藝,現(xiàn)場焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷檢驗。
    7、施工期間,加強(qiáng)與設(shè)計部門緊密聯(lián)系,及時解決設(shè)計與施工中存在的技術(shù)問題。
    8、斜柱安裝就位利用操作平臺H型鋼和纜風(fēng)進(jìn)行撐拉臨時固定。
    六、結(jié)束語
    法門寺合十舍利塔鋼骨體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)全部安裝完畢。安裝階段,各部門嚴(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范進(jìn)行驗收,合格后再進(jìn)行后續(xù)的混凝土施工。該鋼結(jié)構(gòu)工程經(jīng)過8個月的努力,于2007年1月8日封頂,其質(zhì)量、安全、進(jìn)度各項指標(biāo)均滿足計劃要求,得到了業(yè)主與各部門的好評.圖15為合十舍利塔主體完工照片。


    文 參 考 獻(xiàn)
    郭彥林等. 中央電視臺新臺址主樓施工技術(shù)及變形預(yù)調(diào)值研究.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.
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