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法門寺合十舍利塔鋼結構安裝技術

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構，本文著重對其鋼結構部分的特點、安裝方法及采取的技術措施進行介紹。關鍵詞: 鋼骨混凝土結構 懸挑結構 安裝
     

    一、工程概況
    法門寺合十舍利塔工程位于陜西省扶風縣保存釋迦摩尼真身舍利之地法門寺，該塔在設計造型上結合佛教文化，選型雙手合十狀，立面呈多次折線型，屬標志性特種結構。設計單位為上海建學建筑與工程設計所有限公司，安裝單位為陜西省機械施工公司。
    該塔主體結構為鋼骨混凝土結構，其中鋼骨結構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、堂塔四部分構成。塔樓總高127m，唐塔標高約在84m，牟尼珠標高133m，塔薩標高147m，。
    鋼骨柱、鋼骨梁構件鋼材選用Q345GJ-C低合金鋼，要求熱軋或正火狀態交貨，其碳當量ceg≤0.42，焊接裂紋敏感性系數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、鋼結構施工特點
    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、轉折節點以及開口數量多，層間尺寸大，外形三次折線往復變化，鋼骨柱長度變化多，加之采用懸挑形式施工，使施工安裝難度加大。
    2、結構體系的不穩定性
    本工程為筒體鋼骨砼結構，從計算模型來分析，鋼骨結構體系不穩定(變形大)，在工期相當緊張的情況下，鋼骨結構超前安裝定位必須采取預變形值來調整，或采取加強結構剛度與調整變形值相結合的方式。
    3、工期緊，工程量大
    本工程鋼結構總重量超過1.48萬噸，鋼骨構件數量多， 2007年4月下旬進場，要求在年底完成吊裝任務，因此對制作、安裝的工期要求非常緊。
    4、結構變形測試復雜，難度大
    結構的整體變形主要體現在結構的各個拐點的位移變化，該變化是累加的，需要連續觀測，直至整個工程竣工；局部的變形主要監測單層結構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測。舍利塔各控制部位的變形隨著結構的上升，不斷的累加。根據累加計算結果，附加一定的經驗系數，確定各控制點處的初始預調值。使結構完成后達到設計要求。
    5、構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，隨著結構自重、活荷載、溫度荷載、風荷載以及相對沉降等不斷變化，將對塔樓產生不同的作用效應，特別是在懸挑部分施工的各個階段對精確測量帶來影響。預設調整值和精確測控在整個施工中至關重要，也是保證結構最終狀態的關鍵。
    6、焊接作業量大，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1000-1500m，加之于土建工序參差，焊接量大，作業時間短。本工程焊接質量等級要求高，控制焊接變形、消除殘余應力，消氫、防風措施，是本工程鋼結構焊接的重點內容。
    7、結構施工中的傾斜懸挑大
    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。懸臂部分安裝是本工程最為關鍵的部分，施工難度增大。
    8、特殊節點復雜
    該塔屬特殊結構，節點受力大且復雜，故選取了以下各種節點類型。

    9、施工安全技術要求高
    施工安全包括結構安全和生產安全，其中首先要保證結構安全，結構安全是生產安全的前提。大量傾斜的單根構件在形成框架前需采用大量的臨時加固措施以及預變形值來保證其穩定和設計就位。操作平臺必須通過設計計算確定，采用結構型輕質類裝配式體系，來保證作業安全。
    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，不經濟；第二，不能滿足74m以上內傾斜部分不穩定現象；第三，四周群房與舍利塔安裝同步施工，無條件搭設支撐架。
    2、內支撐體系安裝法：在79m標高處，內側設支撐桁架。第一，用鋼量小；第二，不占用施工場地；第三，起到撐拉作用，即解決54m—74m外傾穩定，又解決了74m—109m內傾穩定，其技術經濟效果比較明顯。
    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。
    79米-84米處增設水平支撐桁架。
    四、結構吊裝及設備選擇
    1、24米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 -19-24m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。
    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結構件；第四、中部的穹頂；第五、穹頂上部的鋼梁。其節點復雜，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。基于對結構的分析及吊裝過程保證結構穩定的分析，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驗；第四、抬吊過程中加強觀測。

    4、54米以上及79-84米支撐桁架的安裝
    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79米標高時，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，然后吊裝兩側的兩段桁架，最后吊裝中間段。

    五、施工措施
    綜合工程的設計特點、現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。
    1、對各種安裝方案進行驗算、比較，選擇既滿足工期要求，又安全穩妥的最優方案。
    2、對施工階段結構的整體穩定和各層鋼結構的局部穩定進行了計算分析，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 鋼結構預調值方法，對施工過程中的變形進行了有效的控制。
    4、為解決懸挑結構施工階段的不穩定性，在79米柱高處設水平支撐體系。
    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、拐點進行空間定位控制。
    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，現場焊縫進行100%超聲波探傷檢驗。
    7、施工期間，加強與設計部門緊密聯系，及時解決設計與施工中存在的技術問題。
    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。
    六、結束語
    法門寺合十舍利塔鋼骨體系結構已經全部安裝完畢。安裝階段，各部門嚴格按照設計及規范進行驗收，合格后再進行后續的混凝土施工。該鋼結構工程經過8個月的努力,于2007年1月8日封頂，其質量、安全、進度各項指標均滿足計劃要求，得到了業主與各部門的好評.圖15為合十舍利塔主體完工照片。


    文 參 考 獻
    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.北京：中國建筑工業出版社，2007.
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