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

发布时间:2013-06-26 点击数:2430

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
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,A5区钢结构桁架位于中央大厅4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A5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,取得了良好的社会经济效益。

l  工程概述
    中国国家博物馆改扩建工程地处北京市东城区天安门广场东侧,北临长安街,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A4、A5、A6区钢桁架楼盖和屋盖安装。全馆共计分为6个区域,分别为Al、A2、A3、A4、A5和A6区。其中A5区楼盖标高34.5 m、屋盖标高42.5 m;A4、A6区的钢桁架屋盖标高为34.5 m。
    钢桁架结构形式为方钢管相贯焊桁架体系,主桁架材质为Q345-C,次梁为Q345-B,局部支座采用GS-20Mn5V铸钢。平面桁架的上、下弦及腹杆均采用焊接方钢管,上、下弦共计口300×300×14,口400 X400×18、口400×400×30等10多种截面,其中最大截面为口600×600×30方钢管;最大壁厚为50 mm,其截面为口400×400×50方钢管;腹杆则大量采用口200×200×10和口300×300×14方钢管。
    A5-I区面积2 682 m2,提升部位桁架东西跨度49 m,南北跨度为49 m,总质量890 t。利用4个核心筒上14个提升点,将钢结构桁架整体提升30 m,安装到位。
2钢结构桁架提升原理
2.1  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1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。
2.2  液压提升步骤
    第1步:上锚紧,夹紧钢绞线。第2步:提升器提升重物。第3步:下锚紧,夹紧钢绞线。第4步:主油缸微缩,上锚片脱开。第5步:主油缸缩回原位。第6步:上锚缸上升,上锚全松。
2.3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2所示。
3  整体提升的相关计算
3.1  桁架提升点设置模型
    1)桁架提升点设置模型(图3)。
    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14个吊点。
    2)桁架提升过程受力分析(图4)。
    通过对桁架提升过程中的竖向位移分析可知,桁架节点竖向位移最大值为-34.4 mm,出现在桁架HJC-AJ的跨中,相对于桁架49 m跨度的竖向挠度为111 424<1_/500,变形满足施工要求(图4)。
3.2  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4325 mm×16 mm的Q235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AC与A17轴处牛腿。采用Midas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(C60) 600×600+十字H型钢370 mm×200 mm×35 mm×35 mm(Q345-B),并换算为钢材.墙体采用实体单元,C60混凝土。考虑单元从标高3. 195 m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774 kN为标准值,因为采用连续千斤顶提升,速度比较慢,取动荷系数为1.2,吊点最大设计值为929 kN,见图5。
    图5  吊点受力分析N
    计算结果:桁架的最大应力变化为22.5 MPa,实体混凝土的应力变化为1.7 MPa;桁架牛腿处的临时支撑+325×16钢管的最大应力变化为35.8 MPa;提升桁架提升点处上下弦最大应力为17. 82 MPa,最小应力为-5.1 MPa;跨中上下弦最大应力为48. 04MPa,最小应力为-48.3 MPa;增加牛腿后,牛腿本身的受力较大,最大应力为35.8 MPa,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22.5 MPa,实体混凝土的应力变化为1.7 MPa。
跨中桁架应力最大值为48. 04 MPa,最小应力为 48. 3MPa(图6)。


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