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解析首都博物馆新馆钢屋盖施工法
首博新馆以大跨度钢屋盖而业内闻名,这个外形看似简单,但内部结构体系及节点构造复杂的建筑物,其施工法当时着实让施工单位动了一番脑筋
首都博物馆新馆工程是2001年北京市60项重点工程之一,是新世纪北京市标志性建筑。新馆位于西长安街延长线白云路西侧,该馆建筑为地上五层、地下二层,总建筑面积为61680平方米,建筑工程预算投资78亿元,是新中国成立以来,北京市投资规模最大的文化公益设施。
该项目以大跨度钢屋盖而闻名业内。其大跨度钢屋盖是由18榀南北向平均分布的主桁架和节间垂直及水平支撑系杆组成。整个钢屋盖支撑于34根摇摆钢柱上,东西边桁架下端分别设8根抗风柱,34根摇摆柱,柱顶标高均为3413米(主桁架下弦杆中心标高为344米),柱距8米(个别16米),整个大屋盖系统南北向跨度56米,东、西、南三个方向悬挑12米,北侧悬挑21米,单榀主桁架重10~21吨不等,桁架自身高度最大45米,间距8米。主桁架及横向垂直支撑均采用平行弦桁架,主桁架由B轴G轴2起坡。主桁架杆件均采用英钢联生产的S355J2H钢材,此种钢材具有材质轻、刚度大等特点,屋盖总用钢量仅约800吨。
由此,工程的主要施工特点便是钢桁架跨度大,悬挑长;屋盖钢结构在施工过程中刚度小,安装精度要求高;钢桁架采用方、圆钢管杆件,节点构造复杂,加工和安装难度大,桁架间支撑杆件与主桁架采用高强螺栓连接,高强螺栓总量30000余条;屋盖钢结构在安装过程中受环境温度变化和焊接收缩变形影响大;屋盖与出屋面的椭圆斜筒体在结构上互不相连,使屋盖系统在椭圆筒周围由单纯的桁架结构变为桁架加网架的复合结构系统,加工和安装的难度进一步加大;因整个屋盖结构用钢量低,导致结构所用材料构件规格多(仅屋盖系统杆件就有5000余根,其中方钢管共有22种规格),加大了加工和施工难度。
独辟蹊径施工屋盖钢结构虽外形简单,但内部结构体系及节点构造复杂,大跨度钢结构常用的施工方法,如整体提升(顶升)、整体吊装、滑移法施工等工艺均不适合本工程。综合考虑屋顶后续屋面及吊顶工程的施工作业及屋盖钢结构的特点,施工方决定采用满堂脚手架、分段吊装、高空组拼的施工方法。具体施工方案是:在预拼装场地进行89米主桁架的整体拼装,然后考虑运输情况及根据现场吊装机械的性能分段运往现场;利用现场土建的施工东南西北四个角部均布四台塔吊,作为屋架吊装的主要机械运往现场的分段桁架要根据现场四台塔吊的r
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