中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
圖2 法門寺合十舍利塔鋼骨體系三維圖
2、鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)
2.1、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(diǎn)以及開口數(shù)量多，層間尺寸大，豎向三次折線往復(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(jié)構(gòu)，上部為雙向懸挑，施工過程鋼結(jié)構(gòu)變形大，穩(wěn)定措施復(fù)雜。
2.3、工期緊
法門寺舍利塔造型復(fù)雜，必須精雕細(xì)作，設(shè)計(jì)單位和有關(guān)專家計(jì)算的主體工期為2年，業(yè)主要求8個(gè)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(jié)構(gòu)吊裝與焊接、鋼筋綁扎、混凝土澆灌檢測與試驗(yàn)等多種工序同時(shí)施工，造成現(xiàn)場擁擠，工作面和起重機(jī)之爭矛盾非常突出。
2.5、質(zhì)量要求高
現(xiàn)場接焊縫等級為一級，檢驗(yàn)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(jié)構(gòu)、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(nèi)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(biāo)高轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)（1）
法門寺合十舍利塔 24m標(biāo)高轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)（2）
法門寺合十舍利塔 整體節(jié)點(diǎn)（3）
法門寺合十舍利塔 44m-54m轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)(4)
圖3 結(jié)構(gòu)中部分轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)
2.7、特殊節(jié)點(diǎn)復(fù)雜
該塔屬特殊結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)受力大且復(fù)雜，故選取了圖3各種節(jié)點(diǎn)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(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。
3.2、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??；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(nèi)傾穩(wěn)定，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yù)調(diào)值變形計(jì)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(shè)水平支撐桁架。
4、結(jié)構(gòu)吊裝及設(shè)備選擇
4.1、24m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 -19m-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。
4.2、24m-44m的安裝
按每10m一層安裝，順序?yàn)椋轰摴侵?rarr;墻肢鋼骨→槽鋼墻肢→梁鋼骨。每個(gè)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，最大起重量25t。
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，。
4.3、44m-54m的安裝
該段最為復(fù)雜，由以下部分構(gòu)成：第一、四個(gè)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(diǎn)復(fù)雜，用鋼量大，最重構(gòu)件38t。
本層作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的主要轉(zhuǎn)換層之一,在整個(gè)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?yàn)椋合人膫€(gè)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(diǎn)與重點(diǎn)，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(yàn)；第四、抬吊過程中加強(qiáng)觀測。具體詳見圖4~7。
圖4 法門寺合十舍利塔 塔式起重機(jī)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(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(jì)算得出，安裝至79m標(biāo)高時(shí)，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(gè)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。
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。
5、施工措施
綜合工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、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(xiàng)措施。
5.1、對各種安裝方案進(jìn)行驗(yàn)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(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(jì)算分析，并采取了有效的加固方案。
5.3、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。
5.4、為解決懸挑結(jié)構(gòu)施工階段的不穩(wěn)定性，在79m柱高處設(shè)水平支撐體系。
5.5、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(diǎn)逐層安裝；外控采用兩臺全站儀配反光貼對各角點(diǎn)、拐點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行了培訓(xùn)考試，并做了焊接工藝試驗(yàn)，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(yàn)。
5.7、施工期間，加強(qiáng)與設(shè)計(jì)部門緊密聯(lián)系，及時(shí)解決設(shè)計(jì)與施工中存在的技術(shù)問題。
6.8、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(shí)固定。
圖8 舍利塔主體完工照片
六、結(jié)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(jié)構(gòu)，其懸挑折線特點(diǎn)對施工帶來了許多困難。若54m以上采用全鋼結(jié)構(gòu)，第一，減輕結(jié)構(gòu)自重，54m關(guān)鍵部位彎矩減小；第二，抗震性能好；第三，在懸挑結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢；第四，工程成本低，節(jié)約造價(jià)；第五，避免交叉作業(yè)，安裝效率高，安全可靠。
參考文獻(xiàn)：
【1】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》（.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(tuán)機(jī)械施工有限公司生產(chǎn)處處長，中國空間結(jié)構(gòu)協(xié)會理事。
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