大跨度鋼桁架整體提升在天津濱海圖書館工程中的應用

范寶洪，孟令強，榮 彬，劉 帥

(1. 天津開發區建設工程監理公司 天津300453；2. 天津大學建筑工程學院 天津300072)

大跨度鋼桁架整體提升在天津濱海圖書館工程中的應用

范寶洪1，孟令強1，榮 彬2，劉 帥2

(1. 天津開發區建設工程監理公司 天津300453；2. 天津大學建筑工程學院 天津300072)

近年來大跨度鋼桁架結構廣泛應用于大型公共建筑中，具有整體性好、外形美觀等優點。與此同時，整體提升技術由于施工成本低、安裝精度高等特點，為大型鋼結構施工提供了一種新的思路。以天津濱海新區文化中心圖書館工程為例，介紹了大跨度鋼桁架和整體提升施工技術的應用情況。針對大跨度鋼桁架結構的設計與施工中的重難點進行了探討和分析，對整體提升技術的思路和施工工序進行了總結。

大跨鋼桁架 整體提升 施工

0 引 言

近年來，國內各地區對體育館、圖書館、飛機場、火車站等大型公共建筑的需求大幅增加。此類建筑普遍對空間形式和體積有著獨特的要求，因而傳統的鋼筋混凝土結構和砌體結構無法滿足。大跨度鋼結構因此獲得了充分的發展空間，其應用范圍和前景不可估量。鋼桁架結構是由若干三角形單元組成的幾何不變體系，其整體性好、剛度大。桁架桿件只承受軸力，節點一般按鉸接考慮。因此鋼桁架結構在大跨度結構中得到了廣泛應用。同時，包括整體提升技術在內的施工技術也應運而生。

1 工程概況

天津濱海文化中心項目位于天津市濱海新區中央大道與大連東道交匯處西南側。主要有現代城市與工業探索館、美術館、圖書館、東方演藝中心、市民活動中心和文化長廊5個地上單體建筑。濱海圖書館坐落于濱海文化中心的東側，北側為探索館，南側為演藝中心，西側通過文化長廊與市民活動中心相對。

濱海圖書館突出休閑閱讀空間，強化多媒體網絡時代，將“濱海之眼”和閱覽中廳結合為圖書館內部良好的公共空間，同時設置數字圖書館、球幕演示廳、媒體圖書館等新型文化交流設施。圖書館建筑面積為33,700,m2，地下1層，地上5層，總高度為28,m，結構形式為鋼框架-支撐結構。部分柱為鋼管混凝土柱，支撐形式采用中心支撐，局部為偏心支撐。中間連廊桁架由四榀54,m跨雙層高的平面桁架及樓面梁、板、水平支撐等組成。結構模型如圖1所示。

圖1 結構模型圖Fig.1 Schematic of structure model

2 大跨度鋼桁架

2.1 結構特點

為完成“濱海之眼”的創意造型，結構中間位置需要一個大跨度的無柱空間。考慮到桁架結構具有整體性好、剛度大的特點，圖書館設有跨度54,m、寬58,m、高11.4,m 的鋼桁架。桁架投影面積3,100,m2，重2,400,t，底部距1層樓面高度17.6,m。圖書館連廊結構位于(3～4)～(3～10)軸間的4～5層(標高23.3～33.65,m)，平面投影尺寸為54,m×54,m。連廊結構由3-A、3-C、3-E、3-G 軸線的四榀主桁架和其間次結構組成，連廊提升總重約2,500,t，其結構平立面圖及效果圖如圖2～4所示。

圖2 單榀桁架立面圖Fig.2 Vertical view of single frame truss

圖3 連廊桁架平面和吊點布置圖Fig.3 Arrangement plan of the plane and suspension centers of corridor truss

圖4 連廊桁架模型圖Fig.4 Diagram of corridor truss model

2.2 施工難點

連廊桁架需要在地面完成構件的拼裝施工，再使用整體提升技術提升至設計高度。構件的拼裝對精度控制的要求很高。為方便與框架結構的連接，連廊拼裝時除保證四榀桁架的定位軸線準確外，還需與兩側框架接口位置保持精確對應。同時，由于桁架結構復雜，構件繁多，需要使用較靈活的汽車吊完成拼裝。施工前需根據各層平臺混凝土結構截面特性、吊機站位、構件重量等分別按照汽車吊行走、吊裝打腳進行施工驗算，并對施工過程采取不同措施，確保施工過程結構安全。連廊桁架弦桿、腹桿等主結構均為50,mm 左右厚板，現場焊接量大，均為高空作業。施工前需根據連廊桁架結構形式，制定合理的焊接工藝、焊接順序，控制好焊接變形，做好焊接溫度控制。

連廊拼裝完畢后的整體提升過程更為關鍵，對同步性和穩定性要求高。連廊桁架提升重量達2,500,t，采用8個吊點同步提升，需根據施工驗算界定好同步控制目標值，并采取相關技術措施。8個吊點處的框架支撐節點需要進行嚴格的承載能力分析和變形分析，以保證施工的安全和穩定。

3 整體提升

整體提升技術是一種將計算機智能、機械技術和電氣技術三者結合應用于土建施工領域的新型技術，[1]通過在整個被提升機構上布置若干提升點，利用液壓提升系統提供的拉力，帶動整體結構從地面同步向上移動至特定標高，完成施工安裝。整體提升施工工藝由于是在地面完成拼裝，具有高度低、危險性小、腳手架少和施工周期短的優點，目前被廣泛應用于鋼結構施工中，如澳門綜合體育館主桁架、[2]廣州新白云國際機場維修機庫鋼屋蓋、[3]沈陽飛機維修基地新機庫[4]等。

3.1 連廊桁架提升總體思路

① 根據吊點布置(見圖3)，對連廊進行整體建模分析，了解結構本體在提升工況下內力及應變情況，并計算出各提升吊點的提升反力值；

② 根據上述提升反力值，設計合理的提升支架和下吊具，并復核；

③ 選配合適的液壓提升設備組合，包括液壓提升器及液壓泵站；

④ 液壓同步提升實施過程中，需控制好結構提升同步性；

⑤ 連廊桁架各層弦桿與兩側框架柱連接，為配合提升工藝，需將各層弦桿斷開，待提升到位后對接。

3.2 試提升階段

待液壓系統設備檢測無誤后開始試提升。計算確定液壓提升器所需提升力。開始試提升時各吊點同步分級加載至所需提升力的20%,、40%,，在一切都正常的情況下，可繼續加載至60%,、80%,、90%,、100%,，直至結構離地。離地后暫停作業，保持液壓設備系統壓力2～24,h。停留期間組織專業人員對提升上下吊點、提升結構及各提升設備進行專項檢查，在確認整體結構的穩定性及安全性絕無問題的情況下，才能開始正式提升。

3.3 正式提升階段

在試提升懸停結束后，對結構及設備進行全面檢查及觀測，確定無誤后方能進行正式提升。連廊桁架提升過程如圖5所示。為保證提升過程同步性控制，對8個提升點進行豎向位移監測，監測方法如下：[5]

① 在連廊桁架提升點附近設置反光片，用于桁架提升豎向位移監測；

② 測量固定架分別設置在4榀桁架，每榀設置2個點；

③ 桁架預提升后對各提升點進行監測，如個別點相差較大則進行點動調整；

圖5 連廊桁架正在提升Fig.5 A hoisting corridor truss

④ 各提升點調整標高調整完畢，利用全站儀對各監測點進行初始標高監測；

⑤ 提升過程按照監測計劃進行監測，并根據監測結果進行微調；

⑥ 對每次監測結果計算出各點不同步的相差值，并匯總成表。

3.4 提升就位階段

結構同步提升至設計位置附近后暫停，各吊點微調使結構精確提升到達設計位置，提升設備暫停、鎖定，保持結構的空中姿態穩定不變。最后集中對口焊接。

與試提升階段相同，就為結束后需要分級卸載，且保持各提升器卸載步調一致。依次卸載至80%,、60%,、40%,、20%,，確認無異常后完全卸載，結構受力形式轉為設計工況。

4 結論與展望

大跨度鋼桁架已被廣泛應用，其結構整體性好，受力合理，可滿足大型公共建筑對空間的要求。整體提升技術是大型鋼桁架、鋼網架的主要施工技術之一，使結構可在地面完成拼裝過程，可以顯著縮短工期，降低施工成本，保證施工安全。整體提升過程的安全監控、質量監控仍是這一技術的重點難點。在實際工程中，應對提升吊點的布置、提升架的承載能力進行充分驗算，從而使提升得到安全可靠的實施。■

［1］ 鄭波. 大跨度鋼桁架整體提升技術研究及施工仿真技術分析[D]. 包頭：內蒙古科技大學，2015.

［2］ 郭彥林，鄧科. 廣州新白云國際機場維修機庫鋼屋蓋整體提升技術[J]. 工業建筑，2004，34(12)：6-11.

［3］ 郭彥林. 澳門綜合體育館主桁架整體提升及提升塔架分析[J]. 建筑結構學報，2005，26(1)：17-24.

［4］ 程浩，蘇鐵斌，鄒義任. 大跨度鋼網架與鋼桁架組合結構整體提升技術[J]. 鋼結構，2014，29(2)：57-61.

［5］ 程小嬌. 特大型網架整體提升監理控制[J]. 建筑施工，2016，38(1)：29-32.

The Wholly Lifting of Large Span Steel Truss：An Application Case of the Tianjin Binhai Library Project

FAN Baohong1，MENG Lingqiang1，RONG Bin2，LIU Shuai2
(1. TEDA Construction Project Supervision Company，Tianjin 300453，China；2. School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

In recent years，large span steel truss frame has been widely applied in large-scale public buildings as it has the advantages of integrality and good-looking appearance. Meanwhile，the technique of wholly lifting，featuring low construction cost and highly precise installation is providing a new thought for the construction of the truss frame. Taking the project of Tianjin Binhai Library as an example，this paper introduces the application of the large span truss frame and the wholly lifting technique. Structure design of the truss and key points during construction were discussed and the overall thought of the technique and its construction procedures were summed up.

large span steel truss；wholly lifting；construction

TU399

A

1006-8945(2016)06-0067-03

2016-05-24