首博新館以大跨度鋼屋蓋而業(yè)內(nèi)聞名，這個外形看似簡單，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系及節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜的建筑物，其施工法當(dāng)時著實讓施工單位動了一番腦筋。

　　首都博物館新館工程是2001年北京市60項重點工程之一，是新世紀(jì)北京市標(biāo)志性建筑。新館位于西長安街延長線白云路西側(cè)，該館建筑為地上五層、地下二層，總建筑面積為61680平方米，建筑工程預(yù)算投資7.8億元，是新中國成立以來，北京市投資規(guī)模最大的文化公益設(shè)施。

　　該項目以大跨度鋼屋蓋而聞名業(yè)內(nèi)。其大跨度鋼屋蓋是由18榀南北向平均分布的主桁架和節(jié)間垂直及水平支撐系桿組成。整個鋼屋蓋支撐于34根搖擺鋼柱上，東西邊桁架下端分別設(shè)8根抗風(fēng)柱，34根搖擺柱，柱頂標(biāo)高均為34.13米（主桁架下弦桿中心標(biāo)高為34.4米），柱距8米（個別16米），整個大屋蓋系統(tǒng)南北向跨度56米，東、西、南三個方向懸挑12米，北側(cè)懸挑21米，單榀主桁架重10～21噸不等，桁架自身高度最大4.5米，間距8米。主桁架及橫向垂直支撐均采用平行弦桁架，主桁架由B軸-G軸2%起坡。主桁架桿件均采用英鋼聯(lián)生產(chǎn)的S355J2H鋼材，此種鋼材具有材質(zhì)輕、剛度大等特點，屋蓋總用鋼量僅約800噸。

　　由此，工程的主要施工特點便是鋼桁架跨度大，懸挑長；屋蓋鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中剛度小，安裝精度要求高；鋼桁架采用方、圓鋼管桿件，節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，加工和安裝難度大，桁架間支撐桿件與主桁架采用高強(qiáng)螺栓連接，高強(qiáng)螺栓總量30000余條；屋蓋鋼結(jié)構(gòu)在安裝過程中受環(huán)境溫度變化和焊接收縮變形影響大；屋蓋與出屋面的橢圓斜筒體在結(jié)構(gòu)上互不相連，使屋蓋系統(tǒng)在橢圓筒周圍由單純的桁架結(jié)構(gòu)變?yōu)殍旒芗泳W(wǎng)架的復(fù)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，加工和安裝的難度進(jìn)一步加大；因整個屋蓋結(jié)構(gòu)用鋼量低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)所用材料構(gòu)件規(guī)格多（僅屋蓋系統(tǒng)桿件就有5000余根，其中方鋼管共有22種規(guī)格），加大了加工和施工難度。

　　獨辟蹊徑施工

　　屋蓋鋼結(jié)構(gòu)雖外形簡單，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系及節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，大跨度鋼結(jié)構(gòu)常用的施工方法，如整體提升（頂升）、整體吊裝、滑移法施工等工藝均不適合本工程。綜合考慮屋頂后續(xù)屋面及吊頂工程的施工作業(yè)及屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的特點，施工方?jīng)Q定采用滿堂腳手架、分段吊裝、高空組拼的施工方法。

　　具體施工方案是：在預(yù)拼裝場地進(jìn)行89米主桁架的整體拼裝，然后考慮運輸情況及根據(jù)現(xiàn)場吊裝機(jī)械的性能分段運往現(xiàn)場；利用現(xiàn)場土建的施工東南西北四個角部均布四臺塔吊，作為屋架吊裝的主要機(jī)械—運往現(xiàn)場的分段桁架要根據(jù)現(xiàn)場四臺塔吊的機(jī)械性能來確定；單榀主桁架經(jīng)預(yù)拼裝驗收合格后，根據(jù)塔吊的起重能力，結(jié)合每榀桁架重量分為3～9段，運至現(xiàn)場后進(jìn)行分段吊裝、高空對接；橫向桁架垂直支撐由加工廠整體組裝后，運至現(xiàn)場直接起吊；根據(jù)桁架接口位置不同，在腳手架施工前預(yù)設(shè)承重支點，在承重支點上方設(shè)置沙漏千斤頂，以保證主桁架的安裝標(biāo)高，并為將來屋面整體卸荷創(chuàng)造條件。

　　由于整個屋蓋形體呈矩形，支撐情況復(fù)雜。南側(cè)9米進(jìn)深、144米長的辦公、科研樓，北側(cè)軸以西的基本展廳以及東北側(cè)位于傾斜橢圓筒體內(nèi)的專題展廳，三座獨立建筑物群落由覆蓋于其上的鋼結(jié)構(gòu)大屋蓋連接成一個整體，建筑物之間的空間構(gòu)成一個凈空30余米的禮儀大廳，由此形成了整個博物館建筑外型簡潔而不失動感，內(nèi)部空間開敞豐富的建筑風(fēng)格。正是由于上述建筑和結(jié)構(gòu)上的特點，使得大屋蓋鋼結(jié)構(gòu)安裝施工成為整個博物館新館工程施工中的一大難點。

　　由屋蓋結(jié)構(gòu)及其下部支撐結(jié)構(gòu)的特點可見，大跨度鋼結(jié)構(gòu)常用的施工方法，如整體提升，分段或整體累計滑移，整體吊裝，分段吊裝等，無一可以完整運用于該項工程的施工。整體吊裝或提升無法應(yīng)用，整榀吊裝現(xiàn)場條件不允許，因而本工程中擬采用高空散拼的安裝方法，即將主桁架在加工廠加工后每榀分為7～8個單元段運往施工現(xiàn)場（在施工現(xiàn)場組拼為高空散拼吊裝段）進(jìn)行高空散拼安裝；將加工廠的單元段在地面組拼成已適合塔式吊裝的加工單元段，吊到主樓拼裝架上進(jìn)行就位組拼。

　　安裝挑戰(zhàn)高難度

　　首都博物館新館工程中鋼屋蓋四周均有尺度較大的懸挑挑檐結(jié)構(gòu)——東西兩側(cè)懸挑12米，北側(cè)懸挑21米。根據(jù)施工方案，屋蓋前九軸范圍內(nèi)的南北兩側(cè)挑檐，屋蓋四角的挑檐采用懸挑法安裝施工。

　　挑檐桁架在地面組拼就位后由塔吊吊裝就位，由于構(gòu)件重量相對其他屋蓋構(gòu)件的重量小得多，因而起吊安裝不是難題，但由于建筑設(shè)計要求屋蓋四角挑檐在尺度上盡量看起來“輕”、“薄”，且挑檐部分的吊頂板為可反映出上部及館內(nèi)空間的不銹鋼板，因此對挑檐鋼結(jié)構(gòu)及吊頂板的安裝平整度提出了很高的要求。本部位懸挑安裝施工的工藝要點就在于精確地控制挑檐下弦軸線的平直度，減小懸挑高度方向的誤差，為吊頂板安裝施工創(chuàng)造條件。

　　屋蓋四周大挑檐安裝采用分段吊裝法安裝，可以保證挑檐下弦的安裝位置準(zhǔn)確。但對于屋蓋的四角，由于構(gòu)件斷面小，且縱橫方向均由單根鋼箱梁匯交于角部一點，該部分安裝只能高空散拼。為了切實保證屋蓋四個大角的標(biāo)高準(zhǔn)確，在屋蓋四角下方搭設(shè)承重支架。由于支架高度大，上層設(shè)攬風(fēng)繩以增加其穩(wěn)定性。承重支架不僅作為四角挑檐構(gòu)件安裝的支點，而且在其上設(shè)置水平儀支架，在屋蓋四周形成一個封閉的標(biāo)高控制網(wǎng)，為挑檐下吊頂板的安裝提供測量基準(zhǔn)。

　　鋼屋蓋整體吊裝順序：

　　屋面轉(zhuǎn)換柱安裝→轉(zhuǎn)換柱臨時固定→柱間預(yù)應(yīng)力支撐安裝（預(yù)應(yīng)力支撐分三次張拉）→第一間主桁架安裝→校正→固定→驗收→以第一間為標(biāo)準(zhǔn)間依次由西向東安裝

　　操作一細(xì)再細(xì)

　　因工程鋼桁架的安裝均采用高空散拼法施工，所以需搭設(shè)腳手架，而腳手架的搭設(shè)除每段的受力支點處立桿間距為0.5米外，其余間距均為1.5米。懸挑段腳手架的搭設(shè)： 21米懸挑腳手架的搭設(shè)約需從地下二層頂板開始，高度近36米，因此承重點下的腳手架立桿均為單排，間距為0.5米，其余均為1.5米。

　　工程全部搭設(shè)滿堂腳手架，使構(gòu)件在滿堂腳手架上的拼裝胎架上進(jìn)行，有利于拼裝質(zhì)量的保證。由于有腳手架和塔吊的配合，使屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的防水涂料施工和屋面板、吊頂板的安裝施工，屋面吊頂檁條及龍骨的安裝施工均可在腳手架上進(jìn)行，對于保證施工質(zhì)量和加快施工進(jìn)度都有可靠保證，并且腳手架重復(fù)利用率高，這樣也可以大大降低施工成本。

　　由于桁架空間直線變化，其高差變化相當(dāng)大，需多次架設(shè)儀器進(jìn)行測定，拼裝操作平臺上垂掛大盤尺，通過高精度水準(zhǔn)儀將后視標(biāo)高逐個引測至每個測量操作平臺上的某一點，做好永久標(biāo)記，作為測量操作平臺上標(biāo)高控制后視點之用。根據(jù)引測各標(biāo)高后視點，分別測出平臺上相應(yīng)下弦控制節(jié)點標(biāo)記點位之實際標(biāo)高，然后計算出相應(yīng)控制節(jié)點高度差值，明確標(biāo)注于測量平臺相應(yīng)節(jié)點標(biāo)記點，以此作為桁架分段組裝標(biāo)高的依據(jù)，標(biāo)高控制目標(biāo)為±10.0毫米。

　　根據(jù)工程施工測量面積大、周期長、精度要求高等特點，為了每榀桁架的安裝偏差結(jié)果便于分析比較，以使整個施工過程的誤差處于受控狀態(tài)，施工中采用全過程定點跟蹤測量的方法。根據(jù)測量溫度及測量時間不同，對主桁架安裝偏差進(jìn)行全程觀測，在節(jié)間桿件安裝、焊接及高強(qiáng)螺栓等工序的施工過程中，固定時間進(jìn)行觀測，并記錄軸線標(biāo)高、垂直度誤差結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析，以便及時進(jìn)行調(diào)整控制誤差。

　　目前， 首博新館鋼屋蓋工程已經(jīng)完工，并且已獲得鋼結(jié)構(gòu)長城杯。其采用合理的施工方法保證了工程如期完工，為鋼屋蓋系統(tǒng)后續(xù)工作的施工創(chuàng)造了條件。

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 -----摘自《建造師》雜志