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| 建筑的进步——中铁建工集团实现超万吨级钢结构整体提升 | |||||
作者：刘长林 文章来源：中华建筑报 点击数： 更新时间：2008-6-26  |
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国家图书馆二期工程是在2005年2月份开工的，现在大部分的建设工作已经完成，二期工程开馆的时间也被定在了今年的7月28号，目前中铁建工集团正在做外围配套管线及室外工程的施工。 “现在正进行竣工前的保洁清理及各专业的调试验收工作，甲方希望我们尽快地完成所有施工，我们也在加班加点，争取早日把工程移交给甲方，早一天投入使用。”中铁建工集团北京分公司总工程师、国家图书馆二期工程总工程师吴长路告诉记者。 国家图书馆二期工程是国家“九五”期间的重点建设工程，同时也是北京2008奥运会的重要配套设施，这样的工程其建设的意义自然非同一般，因此文化部、国家图书馆等有关部门对工程建设给予了极大的重视。建筑设计是由华东建筑设计研究院完成的。该建筑由地下3层和地上5层组成，2层以下为钢筋混凝土结构，上部为钢结构，建筑檐高27m.钢结构施工是这个工程的关键，也是难度最大的部分。 艰苦的方案设计阶段 在项目招标时，甲方国家图书馆邀请了11家具有房屋建筑工程总承包特级资质的施工单位参与投标，其中包括北京建工集团、北京城建集团、新兴建设集团。“事实上，特级资质的企业承担这样的工程应该说都是没有问题的，究竟谁能够在竞标中胜出，就要看施工方案和价格方案了。”中铁建工集团北京分公司工会主席、国家图书馆二期工程党支部书记任为祥说。 为了在众多强手中脱颖而出，中铁建工集团北京分公司集中精力，目标就是要打破常规，设计一个在成本控制、施工进度控制、施工质量等方面优于对手的方案。 中铁建工集团北京分公司集中了公司内部的技术力量，分做几个技术小组，反复研究国家图书馆二期工程的设计方案。经过多次的方案制定、否定、完善后，最终制定了7个施工方案：高空散拼方案、地面拼装整体提升方案、桁架提升其他构件散拼方案、格构柱做承力构件整体提升方案、钢管混凝土门式架做承力构件整体提升方案、临时混凝土构件做承力构件整体提升方案、建筑电梯井筒做承力构件整体提升方案。接着中铁建工集团北京分公司组织了公司内部以及集团的相关专家对所有方案进行评审，评审的主要指标是施工难易、安全控制、质量控制、设备投入、工作投入、经济性和可行性。经过多轮的对比分析，中铁建工集团北京分公司决定用地面拼装整体提升方案参与投标。 方案的制定过程用了大概4个月的时间，在这期间技术人员基本上每天都要挑灯夜战，经常要到深夜才能回家。 “与常规施工方法先进行3层以下钢筋混凝土结构施工、再进行上部钢结构施工的方法相比，这个方案整体上属于逆作法，无论是从施工工艺上还是经济角度衡量都优于传统方案。”吴长路分析说。 在投标时，中铁建工集团北京分公司提交了地面拼装整体提升方案，并将他们分析和研究的大量数据和可行性分析方案摆在了评标专家、甲方和设计师面前，最终评标专家被该方案打动了，之后中铁建工集团开始和甲方商讨工程开工的具体时间和进场时间。 做了“减法”的钢结构拼装 进驻工地后，中铁建工集团首先做了施工前材料和机械设备的准备工作，然后开始在地面上进行国家图书馆钢结构的拼装。 中铁建工集团的施工方案，最大变化是把在20米高空进行的钢结构拼装工作转化到地面上来进行，这个转变使钢结构拼装的施工难度一下子降低了很多。“从安全、投资、进度、施工质量等各个方面考虑，地面拼装都要比在高空施工容易掌握和控制。”吴长路说。 钢结构的拼装离不开吊车，在地面施工中，中铁建工集团所使用的吊车最大的吨位为150吨，一般项目也就是使用50吨左右的吊车，2台就能满足施工需要。据吴长路估算，如采用常规的施工方法，吊车吨位至少是现在国家图书馆工地使用的5倍以上。 中铁建工集团首先在地面上进行了拼装平台施工，钢结构拼装平台主要包括两个部分：40个拼装平台，28个支撑桩。拼装平台与支撑桩按照经过精确计算的位置分布，这里面的支撑桩是主要的承重结构，是临时支撑桩，因为在钢结构提升后，还要进行基槽开挖的施工，这时拼装平台就要被拆除，只保留支撑桩承载钢结构的重量。 支撑结构完成后，中铁建工集团开始了钢结构的拼装工作，虽然在地面拼装钢结构难度较小，但仍然有一些钢结构拼装的难题需要解决，但这并没有影响钢结构施工的进度，钢结构拼装最终在2006年3月完成。 惊心动魄的钢结构提升 在施工过程中，中铁建工集团组织公司内部的技术人员和相关专家进一步完善、细化了钢结构提升的方案，提出使用建筑电梯井筒做承重构件，实现地面散拼装钢结构的整体提升。 确定了这个方案后，中铁建工集团边进行拼装平台及基槽开挖边对方案进行论证和研讨。在钢结构提升前，论证专家组提出，提升节点设计和提升平台设计是钢结构整体提升的基础，因此要高度重视。中铁建工集团的施工人员也非常清楚这一点，事实上这也是他们下功夫最多的地方，“提升的节点设计和提升平台设计的文件和图纸就有几十公斤重，我们的设计和技术人员反复地验算这些数据，中铁建工集团给他们的任务就是保证万无一失。”吴长路严肃地说。 更为重要的是提升吊耳的设计，它是钢结构提升中惟一的提升连接点，因此它的设计和施工是钢结构提升的重中之重。国家图书馆新馆钢结构的结构构件形式以箱型为主，按照设计单位的要求，提升吊耳只能和箱型梁上翼缘板焊接，这无疑增加了吊耳的设计和施工的难度。在对各个节点的受力情况进行科学、严谨的分析、计算后，中铁建工集团设计了4种不同的吊耳形式，吊耳整体为一个结构铸件，然后按照一级焊缝的要求与钢结构箱梁焊接在一起。由于分布位置、结构形式不同，吊耳所承担的重量也是不同的。 在完成高难度的吊耳施工后，中铁建工集团开始钢结构整体提升的准备工作，准备工作的重点是施工设备和人员的配备。据吴长路回忆，前期的准备工作很紧张，中铁建工集团所有的施工人员都很清楚：前期工作做得是否充分直接关系着钢结构的提升能否成功。 在钢结构提升前，中铁建工集团邀请专家组进行最后一次提升方案汇审。汇审后专家对钢桁架与建筑核心筒之间的设计最小间距为50mm提出了质疑，专家认为50mm的间距太小，在提升过程中即使出现细微的偏差，钢桁架都会与建筑核心筒发生摩擦，导致钢结构提升的失败。 中铁建工集团的施工人员对专家的质疑给予了高度重视，他们再一次对钢结构提升的方案进行了详细的分析、研究，这次研究的重点是钢结构提升的过程控制。经过缜密的分析，中铁建工的施工人员认为这个方案是可行的，不会出现问题。一方面他们对核心筒的施工精度很有信心，另一方面他们对钢结构提升方案过程控制的科学性很有把握。即便是这样，中铁建工集团的施工人员还是对施工中可能会出现的问题分别做了应急预案。 所有的努力都是为了保证钢结构提升的成功。在2006年10月11日，中铁建工集团开始了重达10388吨钢结构的整体提升。“由于中间钢屋架刚度较小，所以我们在中间南北两侧搭建了4个工装架作为辅助的承重平台。”吴长路补充说。 中铁建工集团在6个核心筒和4个工装架组成的施工平台上，根据受力情况的不同安装了数量和吨位不同的提升油缸，提升油缸的缆绳通过在平台上预制的圆孔放到施工平台以下，并在上面穿入提升油缸内。 国家图书馆新馆钢结构的提升高度为15.65m，在钢结构提升过程中，由于在同一核心筒上，各吊点之间的距离很近，结构刚度大，对位置同步控制极其敏感。只要位置稍有差别，就会因各点的负载重新分配而发生较大的波动，很可能引起结构的不安全。据吴长路介绍，只要钢结构在提升过程中发生2~3公分的位移，各个节点的受力情况就会发生20~30%变化，大概会有200吨左右的受力变化。 在提升过程中，为了保证钢结构提升的精确同步控制，他们应用了计算机自动控制系统对位移、载荷和结构应力进行实时监测与控制。除了终端的计算机控制外，中铁建工集团还在提升设备上安装了行程传感器（测量油缸行程）、油压传感器（测量载荷）、长距离传感器（测量钢结构绝对位移），精确的测量、精准的控制有效地保证了钢结构提升的成功。 钢结构提升完成后，中铁建工集团开始进行核心筒劲性柱建设及Y型支撑的安装。这个过程有60天左右，在这60天里为了保证工人的施工安全，中铁建工集团做了很多的工作，比如解决土钢结构的避雷，制定工人施工时用电的安全措施、安全的保卫措施等。 “1万多吨的钢结构悬在上面，我们的心也都悬在上面。”吴长路这样形容当时的紧张心情。 卸载是国家图书馆新馆钢结构工程的最后一个关键环节，它是对钢结构整体提升施工质量的最终检验，直接关系到工程施工的成败。2006年12月28日上午10时，国家图书馆二期工程万吨钢结构进行整体回落， 整个回落过程在技术人员的精心调控和严密监测下进展顺利。12月 28日下午4 时，万吨钢结构整体回落600㎜，与6个核心筒的36个对接点安全、准确地对接。钢结构卸载的成功，标志着中铁建工集团钢结构整体提升方案的成功。 “总结出了一整套钢结构整体提升的工艺。”谈到这个历时3年工程的最大收获时吴长路说。中铁建工集团通过逆做法施工工艺，充分利用正式结构和临时设施，使其成为最合理的提升支承系统和最先进的提升工艺，解决了大吨位、大跨度、大面积的超大型构件高空整体同步提升的各项技术难题，提升重量目前居世界第一位。 超万吨钢结构的整体提升在以前是没有的，也可能还没有人想象过这样的施工方法，但是中铁建工集团却打破常规，实现了10388吨钢结构的整体提升。 |
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