图1 主楼钢结构示意
主楼单层曲面钢结构由6根大型梭形柱分成5个单元。投影尺寸：北侧总长185.2m、南侧总长228m，南北向长度78m。整体东高西低、北高南低，钢梁最高点标高49.000m、最低点标高24.000m。梭形柱最大标高58.000m，单根梭形柱最大重量82t，分两段吊装，梭形截面为700~1500mm×40mm，柱脚采用铸钢球铰支座，上部与人字梁采用大型销轴 连接。
主楼屋盖均采用弧形梁，弧形梁最大跨度38m。北侧20根梭形抗风柱，箱形截面600~ 1200mm×450mm×40mm，下端销轴连接，上部插芯连接。
本工程中梭形柱最大安装标高为58.000m，屋面弧形梁最大跨度38m，南侧最大悬挑9m。梭形柱为摇摆柱、屋面弧形梁、南侧悬挑梁，若不采取防变形控制措施，很难达到设计要求，且存在很大的安全、质量风险。
正常的胎架支撑，没有预判变形量及防变形控制措施，不利于钢结构现场安装的安全、质量以及整体成型的控制。
根据以往类似工程的成功经验，主楼施工前先做施工全过程分析，认真分析结构安装过程中、结构安装完成后的最大变形，记录这些特殊部位的数值，安装过程中利用预起拱及反向增加挠度值或位移值，提前把变形量赋予结构，最终与结构自重及荷载变形值抵消，达到设计控制范围内，质量、安全、工期和施工整体成型控制等均有利。预起拱值将通过加工时改变原来弧形梁的弧度或现场拼装实现，反向增加挠度值或位移值控制支撑胎架。
2 技术创新
主楼屋面、梭形柱钢结构施工前进行施工全过程模拟分析，根据施工先后顺序，分析施工过程中胎架的变形量和应力比，选择胎架的规格和预拱值；分析屋面钢梁的挠度，方便加工时钢梁的预起拱。
通过预判，做出防变形措施，保证结构的安装质量和外观成型。施工安装全过程分析完成后进行施工卸载。主楼屋面、梭形柱采用支撑胎架安装，待结构安装到位后进行卸载，分析卸载过程中结构变形及受力情况，得出胎架支撑点处的位移变化情况。
通过卸载分析，得出每次刀板切除量和卸载次数，得出卸载过程中构件的挠度值（或位移）和应力比，以保证结构安全。
3 关键技术内容
3.1 主楼屋面、梭形柱钢结构施工全过程模拟分析
整体建模计算分析→分析施工荷载及自重作用下结构变形→采取支撑胎架反变形安装分析（结构安全性）→按照分析结果实际安装→支撑胎架卸载→卸载完成后测量分析。
（1）建立结构计算模型，分析在自重和施工荷载作用下构件变形状况。梭形柱与人字梁连接处的标高下降约-10mm；梭形柱柱间弧形梁东西挠度约-100mm，中间4根弧形梁挠度约-30mm；人字梁挠度约-60mm；南侧悬挑钢梁0~-20mm，两端未与钢柱连接，挠度约-60mm。
（2）建立结构计算模型，分析在自重和施工荷载作用下构件的应力比0.381，满足设计规范）。
（3）由于现场布置塔式起重机起吊能力不能满足钢梁整体安装，采取胎架支撑，分段安装。
（4）根据现场情况，模拟安装。钢梁安装时采用支撑胎架预起拱30mm，南侧悬挑钢梁南侧采用支撑胎架，预起拱20mm，两端悬挑端部预起拱60mm。
（5）构件、胎架应力比均小于0.5，小于1.0，满足设计标准要求。
（6）梭形柱安装时，支撑胎架预起标高10.000mm，梭形柱之间弧形梁两端预起拱100mm（胎架支撑）,中间预起拱30mm（胎架支撑）。
（7）胎架支撑下通过结构计算模型分析，在自重和施工荷载作用下构件的应力比0.372，满足设计规范。
3.2 主体结构安装前置条件
（1）通过计算分析支撑胎架支撑点的挠度值，用于反变形。
（2）支撑胎架下基础、预埋件、转换梁通过计算，满足要求并安装完毕。满足上述要求，方可进行安装。
1）南侧悬挑钢梁南侧采用支撑胎架，预起拱20mm，两端悬挑端部预起拱60mm。
2） 人字梁安装时采用支撑胎架，拼装时预起拱60mm（人字梁制作拼装时，把预起拱值赋予构件）。
3）梭形柱安装时，采用支撑胎架支撑，预起标高10.000mm。梭形柱间弧形梁安装采用支撑胎架支撑，两端弧形梁预起拱100mm，中间弧形梁预起拱30mm（弧形梁制作拼装时，把预起拱值赋予构件）。
3.3 卸载分析及卸载
3.3.1 卸载分析
分析结果变形值在设计允许范围内，应力比小于1，结构卸载过程安全。
3.3.2 卸载
按照分析结果的顺序和次数进行卸载。
（1）梭形柱之间弧形梁卸载，从中间向两侧卸 载，中间3根弧形梁分3次卸载，每次10~15mm； 两端分5次卸载，每次10~20mm。
卸载过程分析最大变形102mm，小于L/250=144.276mm。应力比最大0.688，小于1，满足设计要求。
（2）梭形柱卸载，先下部后上部，从中间向两侧依次卸载。分2次卸载，每次5mm；卸载过程梭形柱变形微小，中间弧形梁变形加大到110mm，小于L/250=144.276mm。应力比最大0.384，小于1，满足设计要求。
卸载过程整体变形微小。应力比最大0.381，小于1，满足设计要求。
3.4 钢结构施工过程防变形控制结果
（1）主楼北侧屋面弧形梁支撑胎架卸载后变形监测结果两侧挠度较大，最大值38mm,未超设计允许值。由于梭形柱为摇摆柱，东西高，中间低，弧形梁挠度中间小，两侧大，符合现场结构形式。
（2）其余测量点挠度小于15mm，局部出现正误差，预起拱效果较好，防变形控制技术可行。
4 结束语
首都博物馆东馆项目通过施工过程防变形控制措施，采用支撑胎架，充分利用现场机械分段安装。采用胎架支撑吊装工法，有效减少了现场高空的对接时间，将吊装关键线路工期分解到胎架上校正调整时间，大幅节约了机械费及人工费，经济效益明显，为其他类似结构工程提供了一种新的吊装思路与实例借鉴。
通过施工过程防变形控制技术在工程中的应用，使先进的科学技术转化为生产力，提高了项目的外观成形效果、施工技术的科技含量和劳动生产效率，保证了项目的施工质量、工程工期和施工安全。
全部回复（0 ）
只看楼主 我来说两句抢沙发