圖2 法門寺合十舍利塔鋼骨體系三維圖
2、鋼結構施工特點
2.1、結構復雜
鋼骨結構體系平面展示為雙對稱結構,體系沿高度方向平面變化大,轉換、轉折節(jié)點以及開口數(shù)量多,層間尺寸大,豎向三次折線往復變化,鋼骨柱長度變化多,加之采用懸挑形式施工,使安裝難度加大。
2.2、施工中的不穩(wěn)定性
本工程為筒體鋼骨砼結構,上部為雙向懸挑,施工過程鋼結構變形大,穩(wěn)定措施復雜。
2.3、工期緊
法門寺舍利塔造型復雜,必須精雕細作,設計單位和有關專家計算的主體工期為2年,業(yè)主要求8個月完成,工期壓力很大。
2.4、現(xiàn)場條件差
現(xiàn)場工作面小,主體工程有鋼結構吊裝與焊接、鋼筋綁扎、混凝土澆灌檢測與試驗等多種工序同時施工,造成現(xiàn)場擁擠,工作面和起重機之爭矛盾非常突出。
2.5、質量要求高
現(xiàn)場接焊縫等級為一級,檢驗等級為B級,評定等級為Ⅰ級,主體高峰期正處冬季;懸挑法施工給鋼結構、鋼筋和混凝土三次加載過程中的變形控制帶來了很大的困難。
2.6、安裝難度大
塔樓高127m,54m-74m向外傾斜54°,74m-104m向內傾斜54°,懸臂部分外伸22.5m。在無外支撐條件下,給高空作業(yè)帶來較大的困難。
法門寺合十舍利塔 24m標高轉換節(jié)點(1)
法門寺合十舍利塔 24m標高轉換節(jié)點(2)
法門寺合十舍利塔 整體節(jié)點(3)
法門寺合十舍利塔 44m-54m轉換節(jié)點(4)
圖3 結構中部分轉換節(jié)點
2.7、特殊節(jié)點復雜
該塔屬特殊結構,節(jié)點受力大且復雜,故選取了圖3各種節(jié)點類型。
3、吊裝方案的確定
3.1、外支撐體系安裝法:第一,外支撐體系用鋼量較大,不經(jīng)濟;第二,不能滿足74m以上內傾斜部分不穩(wěn)定現(xiàn)象;第三,四周群房與舍利塔安裝同步施工,無條件搭設支撐架。
3.2、內支撐體系安裝法:在79m標高處,內側設支撐桁架。第一,用鋼量??;第二,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內傾穩(wěn)定,其技術經(jīng)濟效果比較明顯。
3.3、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,在預調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。
79m-84m處增設水平支撐桁架。
4、結構吊裝及設備選擇
4.1、24m以下鋼骨結構的安裝
由于塔內不允許設起重設備,±0以下施工階段無條件設立外圍塔吊,故 -19m-24m所有結構采用一臺400t和一臺300t履帶吊吊裝,兩臺50t汽車吊倒運。
先立四角筒體再搭設操作平臺,由內向外安裝,逐層積累。因該部分無切斜,所以安裝工藝與普通高層鋼結構接近。
本層方案的采取主要是由于地下結構安裝完畢,上層結構隨即進行安裝,而塔吊還未安裝到位所決定的。
4.2、24m-44m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,最大起重量25t。
先筒內后筒外,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,。
4.3、44m-54m的安裝
該段最為復雜,由以下部分構成: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)結構件;第四、中部的穹頂;第五、穹頂上部的鋼梁。其節(jié)點復雜,用鋼量大,最重構件38t。
本層作為整個結構的主要轉換層之一,在整個結構上起著承前啟后的作用,所以決定了此部分結構構件的特殊性,構件在結構布置上的復雜性,尤其是其中的桁架與穹頂,給吊裝均帶來一定的難度?;趯Y構的分析及吊裝過程保證結構穩(wěn)定的分析,吊裝順序為:先四個角筒體構件,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構不影響后續(xù)混凝土施工的先決條件,對8榀重型桁架采用雙機抬吊進行安裝。主要安裝措施為:第一、塔吊負荷不大于允許起重量的80%;第二、起升和回轉力求同步;第三、吊車司機和指揮必須有抬吊經(jīng)驗;第四、抬吊過程中加強觀測。具體詳見圖4~7。
圖4 法門寺合十舍利塔 塔式起重機平面布置圖
圖5 法門寺合十舍利塔吊裝順序圖
圖6 法門寺合十舍利塔 桁架圖
圖7 法門寺合十舍利塔桁架吊裝圖
4.4、54m以上及79-84m支撐桁架的安裝
先筒內后筒外,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79m標高時,其結構變型較大,為防止混凝土裂縫和變形問題,在此增設四榀支撐桁架。每榀桁架設置兩個斷面為三角型的格構式立柱, 桁架主要構件規(guī)格為:φ711×16,φ299×20,φ168×10。
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,然后吊裝兩側的兩段桁架,最后吊裝中間段。
5、施工措施
綜合工程的設計特點、現(xiàn)場復雜條件及工期緊等因素,鋼結構安裝采取了以下幾項措施。
5.1、對各種安裝方案進行驗算、比較,選擇既滿足工期要求,又安全穩(wěn)妥的最優(yōu)方案。
5.2、對施工階段結構的整體穩(wěn)定和各層鋼結構的局部穩(wěn)定進行了計算分析,并采取了有效的加固方案。
5.3、采用北京CCTV 鋼結構預調值方法,對施工過程中的變形進行了有效的控制。
5.4、為解決懸挑結構施工階段的不穩(wěn)定性,在79m柱高處設水平支撐體系。
5.5、鋼結構安裝定位采用內外雙向測量控制,即以結構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、拐點進行空間定位測控。
5.6、對所有上崗電焊工針對該工程的特殊要求進行了培訓考試,并做了焊接工藝試驗,制定了相應的焊接工藝,現(xiàn)場焊縫進行100%超聲波探傷檢驗。
5.7、施工期間,加強與設計部門緊密聯(lián)系,及時解決設計與施工中存在的技術問題。
6.8、斜柱安裝就位利用操作平臺H型鋼和纜風進行撐拉臨時固定。
圖8 舍利塔主體完工照片
六、結束語
法門寺舍利塔屬特種異型工程,頭重腳輕見圖8,采用鋼骨混凝土結構,其懸挑折線特點對施工帶來了許多困難。若54m以上采用全鋼結構,第一,減輕結構自重,54m關鍵部位彎矩減小;第二,抗震性能好;第三,在懸挑結構中充分發(fā)揮鋼結構的優(yōu)勢;第四,工程成本低,節(jié)約造價;第五,避免交叉作業(yè),安裝效率高,安全可靠。
參考文獻:
【1】郭彥林等 《中央電視臺新臺址主樓施工技術及變形預調值研究》(.中國建筑工業(yè)出版社2007.)
作者簡介:雷文秀,高級工程師,任陜西建工集團機械施工有限公司生產(chǎn)處處長,中國空間結構協(xié)會理事。
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