中國國家博物館改擴(kuò)建工程鋼結(jié)構(gòu)桁架整體提升施工技術(shù)
摘  要：中國國家博物館改擴(kuò)建工程大型鋼結(jié)構(gòu)桁架屋面安裝工程中，A5區(qū)鋼結(jié)構(gòu)桁架位于中央大廳4個(gè)核心筒之間，周圍無支撐柱，大廳樓面下部為地下室，無法采用滿堂支架進(jìn)行施工。經(jīng)研究，采用鋼結(jié)構(gòu)桁架整體提升的施工技術(shù)，成功解決了A5區(qū)鋼結(jié)構(gòu)桁架安裝問題，節(jié)約資金，保證施工安全，質(zhì)量可靠，大大縮短工期、降低成本，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

l  工程概述
    中國國家博物館改擴(kuò)建工程地處北京市東城區(qū)天安門廣場東側(cè)，北臨長安街，利用原有中國歷史博物館和中國革命博物館的原址，并向東新增建設(shè)用地，改擴(kuò)建成為新的中國國家博物館。本工程為國家博物館A4、A5、A6區(qū)鋼桁架樓蓋和屋蓋安裝。全館共計(jì)分為6個(gè)區(qū)域，分別為Al、A2、A3、A4、A5和A6區(qū)。其中A5區(qū)樓蓋標(biāo)高34.5 m、屋蓋標(biāo)高42.5 m；A4、A6區(qū)的鋼桁架屋蓋標(biāo)高為34.5 m。
    鋼桁架結(jié)構(gòu)形式為方鋼管相貫焊桁架體系，主桁架材質(zhì)為Q345-C，次梁為Q345-B，局部支座采用GS-20Mn5V鑄鋼。平面桁架的上、下弦及腹桿均采用焊接方鋼管，上、下弦共計(jì)口300×300×14，口400 X400×18、口400×400×30等10多種截面，其中最大截面為口600×600×30方鋼管；最大壁厚為50 mm，其截面為口400×400×50方鋼管；腹桿則大量采用口200×200×10和口300×300×14方鋼管。
    A5-I區(qū)面積2 682 m2，提升部位桁架東西跨度49 m，南北跨度為49 m，總質(zhì)量890 t。利用4個(gè)核心筒上14個(gè)提升點(diǎn)，將鋼結(jié)構(gòu)桁架整體提升30 m，安裝到位。
2鋼結(jié)構(gòu)桁架提升原理
2.1  液壓提升原理
    “液壓同步提升技術(shù)”采用液壓提升器作為提升機(jī)具，柔性鋼絞線作為承重索具。液壓提升器為穿芯式結(jié)構(gòu)，以鋼絞線作為提升索具，具有安全、可靠、承重件自身重量輕、運(yùn)輸安裝方便、中間不必鑲接等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
    液壓提升器兩端的楔型錨具具有單向自鎖作用。當(dāng)錨具工作（緊）時(shí)，會(huì)自動(dòng)鎖緊鋼絞線；錨具不工作（松）時(shí)，放開鋼絞線，鋼絞線可上下活動(dòng)。
    液壓提升過程如圖1所示，一個(gè)流程為液壓提升器的一個(gè)行程。當(dāng)液壓提升器周期重復(fù)動(dòng)作時(shí)，被提升重物則一步步向前移動(dòng)。
2.2  液壓提升步驟
    第1步：上錨緊，夾緊鋼絞線。第2步：提升器提升重物。第3步：下錨緊，夾緊鋼絞線。第4步：主油缸微縮，上錨片脫開。第5步：主油缸縮回原位。第6步：上錨缸上升，上錨全松。
2.3液壓提升設(shè)備
    本工程中液壓提升承重設(shè)備主要采用穿芯式液壓提升器，如圖2所示。
3  整體提升的相關(guān)計(jì)算
3.1  桁架提升點(diǎn)設(shè)置模型
    1)桁架提升點(diǎn)設(shè)置模型（圖3）。
    結(jié)構(gòu)提升采用桁架端部核心柱位置設(shè)吊點(diǎn)，且都設(shè)置在核心柱的內(nèi)側(cè)牛腿上，結(jié)構(gòu)總共設(shè)14個(gè)吊點(diǎn)。
    2)桁架提升過程受力分析（圖4）。
    通過對(duì)桁架提升過程中的豎向位移分析可知，桁架節(jié)點(diǎn)豎向位移最大值為-34.4 mm，出現(xiàn)在桁架HJC-AJ的跨中，相對(duì)于桁架49 m跨度的豎向撓度為111 424<1_/500，變形滿足施工要求（圖4）。
3.2  桁架提升吊點(diǎn)工況計(jì)算分析
    核心筒桁架預(yù)埋牛腿處設(shè)置臨時(shí)斜撐，斜撐采用4325 mm×16 mm的Q235鋼管，根據(jù)各支點(diǎn)最大反力值，取最大支點(diǎn)反力桁架牛腿來考慮AC與A17軸處牛腿。采用Midas軟件建模進(jìn)行計(jì)算，桁架預(yù)埋牛腿、斜撐、核心柱內(nèi)桁架梁以梁單元考慮，鋼柱采用組合截面，矩形混凝土(C60) 600×600+十字H型鋼370 mm×200 mm×35 mm×35 mm（Q345-B），并換算為鋼材．墻體采用實(shí)體單元，C60混凝土?？紤]單元從標(biāo)高3. 195 m開始，到核心筒頂，與吊點(diǎn)位置的主桁架同一平面內(nèi)的核心筒墻體為驗(yàn)算對(duì)象。下端固結(jié)，上端自由。荷載取最大吊點(diǎn)反力774 kN為標(biāo)準(zhǔn)值，因?yàn)椴捎眠B續(xù)千斤頂提升，速度比較慢，取動(dòng)荷系數(shù)為1.2，吊點(diǎn)最大設(shè)計(jì)值為929 kN，見圖5。
    圖5  吊點(diǎn)受力分析N
    計(jì)算結(jié)果：桁架的最大應(yīng)力變化為22.5 MPa，實(shí)體混凝土的應(yīng)力變化為1.7 MPa;桁架牛腿處的臨時(shí)支撐+325×16鋼管的最大應(yīng)力變化為35.8 MPa;提升桁架提升點(diǎn)處上下弦最大應(yīng)力為17. 82 MPa，最小應(yīng)力為-5.1 MPa;跨中上下弦最大應(yīng)力為48. 04MPa，最小應(yīng)力為-48.3 MPa;增加牛腿后，牛腿本身的受力較大，最大應(yīng)力為35.8 MPa，牛腿桁架及實(shí)體混凝土的應(yīng)力變化較小，牛腿桁架提升應(yīng)力最大變化值為22.5 MPa，實(shí)體混凝土的應(yīng)力變化為1.7 MPa。
跨中桁架應(yīng)力最大值為48. 04 MPa，最小應(yīng)力為 48. 3MPa(圖6)。