廣東省某博物館懸臂預(yù)應(yīng)力桁架鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)總結(jié)

廣東省******博物館新館館鋼結(jié)構(gòu)工程程施工技術(shù)

關(guān)鍵字：：懸掛結(jié)構(gòu)、體體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)結(jié)構(gòu)、水平桿桿件內(nèi)灌混凝凝土結(jié)構(gòu)、等等標(biāo)高累積滑滑移、軌道分分離式滑移

摘要：廣東省省****博物物館新館鋼結(jié)結(jié)構(gòu)工程是目目前國(guó)內(nèi)最大大的吊掛式結(jié)結(jié)構(gòu)，總用鋼鋼量1.8萬(wàn)噸。屋蓋蓋桁架中還采采用了內(nèi)灌混混凝土和體內(nèi)內(nèi)預(yù)應(yīng)力索提提高構(gòu)件剛度度，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)施施工、結(jié)構(gòu)累累積變形的分分析和結(jié)構(gòu)施施工過(guò)程的精精度控制難度度大。經(jīng)過(guò)多多種方案的比比選，施工采采用了多個(gè)工工作面同時(shí)展展開(kāi)的施工思思路。其中主主桁架施工采采用利用核心心混凝土柱作作滑移軌道支支撐，等標(biāo)高高、直線(xiàn)、累累積滑移工藝藝

1、工程概況

廣東省******博物館館新館外形為為盛滿(mǎn)珍寶的的容器（見(jiàn)圖圖1.1），總建筑筑面積約66280平方米，建建筑總高度為為44.5米，地下室1層，地面以以上共5層。基礎(chǔ)及及二層以下采采用鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)，三三層以上以懸懸臂預(yù)應(yīng)力桁桁架鋼結(jié)構(gòu)為為主。總用鋼鋼量1.8萬(wàn)噸。

鋼結(jié)構(gòu)分為為四大部分（見(jiàn)見(jiàn)圖1.2）：核心筒筒鋼管柱及樓樓層圈梁，五五六層懸臂桁桁架體系，吊吊桿及樓層結(jié)結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)護(hù)立面墻體系系。

鋼管柱及圈梁：布布置于核芯筒筒體混凝土剪剪力墻內(nèi)，鋼鋼管柱為直徑徑650mmm直縫鋼管，與與樓層結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)應(yīng)的標(biāo)高框框架圈梁則采采用箱形、H型鋼結(jié)構(gòu)（見(jiàn)見(jiàn)圖1.3）。

五六層懸臂臂桁架體系：：是本工程主主要的受力系系統(tǒng)，支撐在在核心筒混凝凝土墻上部，與與鋼管柱直接接焊接。桁架架共8榀，采用雙雙向交叉平面面桁架，桁架架高度8m，上下弦弦采用1.55m×1m箱型截面面，腹桿與弦弦桿等寬為11m，高度從從800mmm×1500mmm不等。上上弦穿體內(nèi)預(yù)預(yù)應(yīng)力索，單單榀桁架長(zhǎng)度度113.55m，兩端各各懸挑出核心心筒23m。沿懸懸臂桁架外端端設(shè)4榀封口邊桁桁架。上、下下弦分別設(shè)置置五層和六層層樓層鋼梁，形形成整體桁架架屋蓋體系（見(jiàn)見(jiàn)圖1.4）。

吊桿及樓層結(jié)構(gòu)：：封口桁架下下伸600×6600的箱型鋼吊吊桿，核心筒筒內(nèi)部下伸Φ299圓鋼管吊桿桿，懸吊3～4層樓面結(jié)構(gòu)構(gòu)體系。

外圍護(hù)立面面墻體：采用用由H型鋼骨架形形成的凹凸立立面墻架。

按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)結(jié)構(gòu)體系有三三大特點(diǎn)：

懸掛結(jié)構(gòu):

鋼桁架外挑挑23m，通過(guò)過(guò)剛性吊桿懸懸掛下部三層層樓蓋結(jié)構(gòu)，樓樓面與混凝土土核心筒鉸接接，形成了典典型的懸掛結(jié)結(jié)構(gòu)體系（見(jiàn)見(jiàn)圖1.7）。

組合結(jié)構(gòu);混凝土土核心筒承擔(dān)擔(dān)主要豎向和和水平承載（見(jiàn)見(jiàn)圖1.8），支撐上上部桁架鋼結(jié)結(jié)構(gòu)。桁架下下弦及部分受受壓腹桿內(nèi)灌灌混凝土（見(jiàn)見(jiàn)圖1.9），形成鋼—混凝土組合合結(jié)構(gòu)。桁架架及樓層梁內(nèi)內(nèi)灌混凝土形形成鋼-混凝土組合合構(gòu)件。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)：桁架架、核心筒內(nèi)內(nèi)外吊桿內(nèi)設(shè)設(shè)預(yù)應(yīng)力索，形形成水平和立立面共同作用用的預(yù)應(yīng)力體體系（見(jiàn)圖1.10）。桁架預(yù)預(yù)應(yīng)力每榀四四束，每束由由31根Φ15.244mm

鋼絞線(xiàn)組成成群索，索從從上弦穿過(guò)腹腹桿錨固在下下弦，索在箱箱形梁內(nèi)轉(zhuǎn)彎彎（見(jiàn)圖1.11）。懸掛吊吊桿內(nèi)設(shè)Φ7×121纜索，外吊吊桿內(nèi)設(shè)四束束一組，內(nèi)吊吊桿1束一組。

2、施工條件

土建建施工面條件件：在移交鋼鋼結(jié)構(gòu)施工前前，土建已完完成地下室一一層、二層66.5m混凝凝土結(jié)構(gòu)施工工，核心筒鋼鋼柱施工到77.5m標(biāo)高高。樓面荷載載達(dá)到設(shè)計(jì)值值，即室外30KN/㎡，室內(nèi)15KN/㎡。

3、施工重點(diǎn)、難點(diǎn)點(diǎn)

3.1

桁架上下弦弦、腹桿均采采用箱形截面面，弦桿截面面全部采用1500××1000，主方向帶帶牛腿的桁架架合計(jì)重量為為670t。構(gòu)件截面面大、重量重重，場(chǎng)地狹窄窄，吊裝施工工異常困難。（見(jiàn)見(jiàn)圖3.1）

3.2

主體桁架架箱形截面縱縱橫交叉，吊吊桿與斜撐、吊吊桿與樓面梁梁、鋼管柱與與樓面梁連接接節(jié)點(diǎn)翼板均均需整體下料料（見(jiàn)圖3.2）。復(fù)雜的的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造限限定了結(jié)構(gòu)的的分段，大量量節(jié)點(diǎn)需要在在工廠(chǎng)制作成成為整體，不不僅使深化設(shè)設(shè)計(jì)、構(gòu)件加加工難度大。同同時(shí)給構(gòu)件的的運(yùn)輸和鋼結(jié)結(jié)構(gòu)安裝帶來(lái)來(lái)困難。

3.3

不同于普普通的結(jié)構(gòu)體體系，施工過(guò)過(guò)程需要與結(jié)結(jié)構(gòu)特殊的受受力秩序吻合合。施工順序序需要根據(jù)各各部分構(gòu)造對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)獻(xiàn)來(lái)確定。

3.4

預(yù)應(yīng)力索為為體內(nèi)索，索索錨的設(shè)計(jì)、穿穿索、張拉施施工難度都非非常大。索存存在與桁架混混凝土和吊桿桿的相互協(xié)同同作用，張拉拉預(yù)應(yīng)力值控控制難度大。

3.5

因結(jié)構(gòu)采用用特殊的懸掛掛式，主要受受力桁架的變變形會(huì)隨施工工的順序不斷斷發(fā)生變化，桁桁架的變形是是一個(gè)隨施工工過(guò)程反復(fù)變變化和疊加的的過(guò)程。因此此預(yù)變形值的的設(shè)定和施工工過(guò)程控制難難度大。

4、施工方案

本工程施工工分為三條主主線(xiàn)：核心筒筒框架、五六六層屋蓋桁架架體系、吊桿桿及樓層結(jié)構(gòu)構(gòu)。

五六層桁架架體系共10000噸，采用高高空拼裝，累累積滑移（見(jiàn)見(jiàn)圖4.1）。

核心筒鋼管柱分三三層吊裝，連連接相應(yīng)樓層層圈梁，形成成穩(wěn)定框架體體系(見(jiàn)圖4.2)。

樓層結(jié)構(gòu)采采用正序安裝裝，按吊桿—主梁—次梁分層吊吊裝。支撐架架設(shè)置在底層層吊桿下，吊吊桿在安裝過(guò)過(guò)程中臨時(shí)作作為鋼柱拆除除支撐，形成成吊掛結(jié)構(gòu)。

方案優(yōu)點(diǎn)：(1))利用核心筒筒鋼管混凝土土柱的豎向承承載力和側(cè)向向剛度大以及及直線(xiàn)、等標(biāo)標(biāo)高的特點(diǎn)，作作為滑移的軌軌道支撐（2）核心筒鋼鋼管柱、屋蓋蓋桁架、樓層層結(jié)構(gòu)三個(gè)作作業(yè)面可同時(shí)時(shí)施工，做到到立體交叉水水平占滿(mǎn)；（3）屋蓋桁架架采用液壓爬爬行器同步滑滑移，實(shí)現(xiàn)滑滑移體系內(nèi)力力自平衡和滑滑移過(guò)程結(jié)構(gòu)構(gòu)穩(wěn)定。(4)豎向承載及及滑移軌道分分離，充分利利用鋼結(jié)構(gòu)自自身剛度，減減小了支撐體體系集中力作作用。

5、施工順序序（見(jiàn)圖5.1）

（1）西側(cè)空地地為鋼結(jié)構(gòu)的的地面拼裝場(chǎng)場(chǎng)地，構(gòu)件分分段臥拼裝。

（2）場(chǎng)地的東東、南、北側(cè)側(cè)各布置一臺(tái)臺(tái)固定式塔吊吊，西側(cè)布置置滑移支撐架架，采用大型型履帶吊吊裝裝。

（3）進(jìn)行鋼管管柱和框架梁梁的吊裝。鋼鋼管柱吊裝分分三層，安裝裝到滑移軌道道的底標(biāo)高。

（4）核心筒施施工的同時(shí)可可進(jìn)行西側(cè)滑滑移拼裝平臺(tái)臺(tái)和樓層核心心筒外樓層安安裝支撐架的的搭設(shè)。

（5）滑移拼裝裝平臺(tái)每次只只拼裝一榀桁桁架，采用等等標(biāo)高滑移。

（6）滑移第一一榀為東側(cè)邊邊桁架，拼裝裝可組成三角角形穩(wěn)定體，分10主段進(jìn)行吊裝。吊裝采用一臺(tái)500履帶吊和一臺(tái)200t履帶吊抬吊。

（7）在第一榀桁架滑移時(shí)，設(shè)置8臺(tái)100t液壓爬行器，頂推桁架，一次滑移21.4m距離。

（8）滑移軌道設(shè)在B、E軸，剪力墻和拼裝支撐胎架安裝完畢后，從1/01軸至5軸東西通長(zhǎng)布置，長(zhǎng)108m。

（9）在滑移支撐架上進(jìn)行第二榀主桁架的高空拼裝，主桁架分6段采用一臺(tái)500t履吊吊裝由一邊向另一邊吊裝，中間散件穿插吊裝；

（10）安裝桁架間另一方向分段主桁架，吊裝采用500t履帶吊吊裝，200履帶吊配合吊裝。

（11）安裝桁架間樓面鋼梁，增設(shè)8個(gè)100t爬行器，進(jìn)行兩榀桁架的滑移，滑移距離為一個(gè)跨距。

（12）依此類(lèi)推，進(jìn)行六榀屋頂鋼桁架和屋頂鋼梁的累積滑移。共24個(gè)100t爬行器進(jìn)行頂推。

（13）屋蓋結(jié)構(gòu)滑移的同時(shí)，南北兩側(cè)及核心筒內(nèi)的樓層結(jié)構(gòu)，也由三臺(tái)C7050塔吊從西向東順次吊裝。

（14）吊裝采用分區(qū)退吊，分區(qū)內(nèi)按吊桿—主梁—次梁分層吊裝。支撐架設(shè)置在三層吊桿位置上。

（15）第一榀桁架滑移到軌道5軸處，爬行器換置在第四榀桁架上。懸挑部分滑出軌道，推到設(shè)計(jì)位置。

（16）吊桿與桁架連接的最后一段，留待最后安裝。

（17）屋蓋整體滑移到設(shè)計(jì)位置，完成鋼管柱與桁架下弦的焊接。

（18）拆除軌道和支撐架，采用塔吊和200t履帶吊先后進(jìn)行東側(cè)和西側(cè)核心筒外側(cè)樓層鋼結(jié)構(gòu)的安裝。

（19）進(jìn)行四層吊桿安裝。隨后屋蓋結(jié)構(gòu)開(kāi)始進(jìn)行預(yù)應(yīng)力穿索。

（20）第一次張拉屋蓋主桁架的預(yù)應(yīng)力索到設(shè)計(jì)值的70%，桁架懸臂部分上拱，樓層吊桿脫離支撐架，樓層結(jié)構(gòu)吊掛在屋蓋桁架上。

（21）拆除樓面支撐，張拉吊桿預(yù)應(yīng)力鋼索，實(shí)現(xiàn)懸掛鋼結(jié)構(gòu)體系。

（22）進(jìn)行土建樓面和主桁架混凝土的澆注，第二次張拉桁架預(yù)應(yīng)力索到設(shè)計(jì)值。

（23）安裝外墻立面結(jié)構(gòu)，完成鋼結(jié)構(gòu)施工。

6、主要技術(shù)要點(diǎn)和質(zhì)質(zhì)量保證措施施

6.1結(jié)構(gòu)預(yù)拱

本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)在施工過(guò)程程中存在五個(gè)個(gè)階段：

（1）屋蓋滑移移到位，下部部結(jié)構(gòu)樓層結(jié)結(jié)構(gòu)與屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)還未連接接；

（2）四層吊桿桿與屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)連接，下部部三層結(jié)構(gòu)懸懸掛在屋蓋桁桁架上；

（3）桁架施加加部分預(yù)應(yīng)力力，屋蓋桁架架有部分反向向變形；

（4）樓面及屋屋蓋結(jié)構(gòu)內(nèi)部部澆注混凝土土；

（5）施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力到設(shè)計(jì)值值，結(jié)構(gòu)完成成變形，在恒恒載和0.5倍活載作用用下的結(jié)構(gòu)最最終變形。

桁架預(yù)拱：按照上上述計(jì)算原則則將各種荷載載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)的變形，反反向施加于結(jié)結(jié)構(gòu)，確定為為1.0恒載＋0.5活載最用下下的工況作為為控制階段和和結(jié)構(gòu)預(yù)拱值值，且屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)預(yù)拱只在在懸臂桁架的的端部進(jìn)行；；預(yù)拱采用直直線(xiàn)式起拱，工工廠(chǎng)構(gòu)件制作作不考慮預(yù)拱拱的影響，預(yù)預(yù)拱依靠地面面拼裝和高空空拼裝的定位位實(shí)現(xiàn)。

桁架端部預(yù)預(yù)拱值見(jiàn)圖6.1。

按照吊桿長(zhǎng)度不變變的原則，吊吊桿的預(yù)拱需需要通過(guò)底部部標(biāo)高的調(diào)整整進(jìn)行。

具體預(yù)拱措措施為樓層結(jié)結(jié)構(gòu)最外圈吊吊桿的標(biāo)高定定位值為：設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)高+預(yù)拱值+桁架自重變變形值，（設(shè)設(shè)計(jì)值+5階段值-1階段值）。

6.2支撐架設(shè)計(jì)

支撐架分為為：滑移拼裝裝平臺(tái)支撐架架，滑移軌道道支撐架，樓樓層結(jié)構(gòu)安裝裝支撐架（見(jiàn)見(jiàn)圖6.2，6.3））。

拼裝平臺(tái)處處支撐胎架分分主胎架和副副胎架，主胎胎架設(shè)置在地地下室邊界線(xiàn)線(xiàn)外側(cè)1/01軸處西偏15500mm，主主要支撐滑移移桁架的分段段拼裝。副胎胎架位置在主主胎架的東側(cè)側(cè)，離西側(cè)剪剪力墻中心位位置為14..5m，支撐撐南北向桁架架安裝。為了了與樓層混凝凝土柱形成對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，支支撐全部采用用大直徑鋼管管柱，柱之間間采用鋼管撐撐連接連接，中中間填充腳手手架作為操作作平臺(tái)。

6.3滑移施工

5—6層鋼屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)采用逐榀榀累積直線(xiàn)等等標(biāo)高滑移（見(jiàn)見(jiàn)圖6.4）。

鋼屋蓋的滑移采用用液壓同步頂頂推技術(shù)進(jìn)行行，滑移過(guò)程程水平力自平平衡（見(jiàn)圖6.5）。

桁架下弦面面設(shè)置滑移通通道，通道表表面與桁架下下弦全面接觸觸，提供水平平推力的爬行行器軌道與豎豎向承重面分分離。利用桁桁架自身剛度度，減小軌道道負(fù)荷（見(jiàn)圖圖6.6）。

進(jìn)行滑移施工的結(jié)結(jié)構(gòu)重量約8800噸，除屋蓋蓋鋼桁架外還還應(yīng)包括核心心筒內(nèi)部的5、6層樓層鋼梁梁，所有懸挑挑部分樓層鋼鋼梁滑移到位位后，原位安安裝。

整體滑移至至核心筒東側(cè)側(cè)邊緣時(shí)，結(jié)結(jié)構(gòu)前端將脫脫離滑道，在在懸挑狀態(tài)下下逐步滑移到到設(shè)計(jì)位置（見(jiàn)見(jiàn)圖6.7）。

第一次滑滑移邊桁架設(shè)設(shè)計(jì)沒(méi)有斜撐撐，無(wú)法形成成單向受力結(jié)結(jié)構(gòu)，需要采采用臨時(shí)桿件件加強(qiáng)（見(jiàn)圖圖6.8）。

第一滑移單元最大大變形為455mm位于桁桁架中部（見(jiàn)見(jiàn)圖6.9）。導(dǎo)致該該部分在與第第二單元組裝裝時(shí)接口位置置錯(cuò)位在完成成第一次滑移移后首先需將將該單元與第第二單元對(duì)接接節(jié)點(diǎn)利用千千斤頂頂起到到設(shè)計(jì)標(biāo)高，利利用胎架固定定牢固后才能能與第二單元元組裝。待桁桁架對(duì)接完成成再卸載胎架架，進(jìn)行滑移移。

6.4預(yù)應(yīng)力施工工

縱橫向交叉叉與立面吊桿桿索交叉。施施工難度大。需需要在箱形結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計(jì)彎彎管套筒、導(dǎo)導(dǎo)索機(jī)構(gòu)，套套筒在工廠(chǎng)直直接定位在橫橫隔板上，施施工時(shí)需要高高空單根穿索索，才能保證證鋼索順利轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎和交叉。

本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)自重產(chǎn)生的的索力大，施施工順序確定定后，需要對(duì)對(duì)各種結(jié)構(gòu)狀狀態(tài)索力進(jìn)行行詳細(xì)分析，從從而推算不同同時(shí)供階段施施加預(yù)應(yīng)力的的控制值，經(jīng)經(jīng)分析確定桁桁架每束張拉拉力3500KKN，分兩次張張拉，預(yù)應(yīng)力力控制值在索索極限承載力力的55%左右。吊桿桿索每束張拉拉力2200KKN一次張拉到到位，預(yù)應(yīng)力力控制值為所所極限承載力力的30%。

桁架第一次次張拉的結(jié)構(gòu)構(gòu)初始狀態(tài)為為：所有鋼結(jié)結(jié)構(gòu)安裝到位位，屋蓋桁架架與吊桿焊接接，樓層結(jié)構(gòu)構(gòu)支撐架未拆拆除，第一次次張拉到預(yù)應(yīng)應(yīng)力索設(shè)計(jì)值值的85%，桁架懸臂臂部分上拱，樓樓層吊桿脫離離支撐架，樓樓層結(jié)構(gòu)吊掛掛在屋蓋桁架架上。

拆除樓面支撐，張張拉吊桿預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼索，實(shí)實(shí)現(xiàn)懸掛鋼結(jié)結(jié)構(gòu)體系。

進(jìn)行土建樓樓面和主桁架架混凝土的澆澆注，第二次次張拉桁架預(yù)預(yù)應(yīng)力索到設(shè)設(shè)計(jì)值每束3500KKN。

6.5施工仿真分分析和變形控控制

本工程鋼結(jié)結(jié)構(gòu)自重、樓樓面混凝土及及各種活載作作用，預(yù)應(yīng)力力，桁架內(nèi)澆澆灌混凝土，各各部分構(gòu)造對(duì)對(duì)桁架的變形形有不同的貢貢獻(xiàn)。結(jié)構(gòu)的的最終變形是是各階段荷載載作用下變形形的疊加，此此值隨著施工工順序在不斷斷的發(fā)生變化化（見(jiàn)圖6.13），仿真計(jì)計(jì)算就是要找找到變形的規(guī)規(guī)律，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)分層預(yù)變形形，使結(jié)構(gòu)的的最終變形達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)的初初始狀態(tài)。反反過(guò)來(lái)再指導(dǎo)導(dǎo)深化設(shè)計(jì)和和安裝順序，并并成為本項(xiàng)目目質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)編制依據(jù)據(jù)。

6、小結(jié)：

廣東省省****博物物館新館鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，采用大大懸臂桁架懸懸掛下部三層層樓面結(jié)構(gòu)的的吊掛式結(jié)構(gòu)構(gòu)，桁架中還還采用了內(nèi)灌灌混凝土和體體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索索提高構(gòu)件剛剛度，節(jié)點(diǎn)設(shè)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)施工、結(jié)構(gòu)構(gòu)累積變形的的分析和結(jié)構(gòu)構(gòu)施工過(guò)程的的精度控制難難度大。經(jīng)過(guò)過(guò)多種方案的的比選，施工工采用了多個(gè)個(gè)工作面同時(shí)時(shí)展開(kāi)的施工工思路。其中中主桁架施