国家数字图书馆工程钢结构整体提升施工技术.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,中铁建工集团,张文学,国家图书馆二期暨数字化图书馆工程,钢结构整体提升施工,汇报内容,一工程概况,二施工方案的选择,三钢结构施工工艺流程,四提升施工特点、难点分析,五提升施工设备布置,六提升施工理论计算分析,七.提升施工控制方案,八.提升施工,九.小结,1建筑基本情况,建设单位：,中国国家图书馆,工程名称：,国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程,建设地点：,海淀区中关村南大街33号,建筑规模：,总建筑面积约为81310 m,2,；其中地上建筑面积：37231 m,2,，地下建筑面积：44079 m,2,。,一工程概况,2主要设计及参建单位,建筑设计单位：,德国KSP 建筑设计有限公司,结构设计单位：,华东建筑设计研究院有限公司,监理单位：,北京鸿厦基建工程监理有限公司,施工总承包单位：,中铁建工集团有限公司,3工程简介,国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程主楼和地下车库两部分组成，主楼结构由地下三层和地上五层组成。该建筑基础底板标高13.6m，钢结构屋面结构标高26.19m。,主要建筑内容为密集型藏书库、阅览室、图书加工用房、学术交流用房、珍品图书保存库和展示厅、数字图书馆的大型计算机机房、数字资源存储机房、数字处理间等。,主体三层以下采用钢筋混凝土框架筒体结构体系形成基座区，基座区长120m，宽90m。三层以上采用巨型钢桁架结构体系由36根钢柱承受其重量，外形尺寸116m106m。南北向设有6榀巨型钢桁架，东西向设有4榀支撑桁架。,基座区,屋顶区,钢骨柱,核心筒,HJ-1,HJ-1,HJ-2,HJ-2,HJ-3,HJ-3,HJ-3,HJ-3,HJ-5,HJ-5,HJ-4,HJ-4,主楼南北方向剖面,主楼东西方向剖面,HJ-3,HJ-1、2,WJ-1,桁架结构,桁架节点,钢桁架及主梁均采用箱型截面，桁架长116m，高10.04m,最重单榀桁架1100t,总工程量约13500t。钢板厚度范围主要为2580mm，材质为Q345C，其中4060mm 板材Z向性能要求满足Z15，大于60mm板材Z向性能要求满足Z25。,桁架杆件连接采用全焊接形式，各层主梁与桁架弦杆连接采用栓焊结合，焊缝等级为一级。,钢结构工程主要构件截面尺寸,构件名称,截面形式,截面尺寸,桁架下弦,箱形,150012004060,桁架上弦,箱形,90012003060,桁架腹杆,箱形,1200600（5080）（5080）,四层主梁,箱形,15006002560,五层主梁,工字形,H4853001630,顶层主梁,箱形,9006002560,各层次梁,工字形,HM482300、HN500200、HW300300,Y形支撑,箱形,1200600（6080）（6080）,主劲性柱,箱形,1200600（4080）（4080）,2.1施工方案的选择,本工程采用了巨型钢桁架体系，主桁架1.2m*106m*10.04m，重1100t,经深化加工图单个杆件最重61t，空中组拼难度较大。若采用常规的安装方法无法实现跨外吊装，跨内吊装吊车运行通道加固及桁架拼装支撑胎架费用惊人，施工安全难以保证且无法满足工程工期要求。,结合本工程钢结构特点和通过对常规钢结构安装方法在本工程使用不利因素的分析，考虑到安装方案的可行性、安全性、经济性和施工工期。为保证钢结构整体安装质量和精度，本工程总体施工方案采用逆作法施工，钢结构采用“地面拼装，整体提升”的施工方案。,二施工方案的选择,2.2 钢结构“地面拼装，整体提升”,方案优点：,（1）在地面上建立拼装平台,使结构构件的杆件利用工装、卡具和较小起重机，能准确无误地拼装在水平、轴线位置上；相对减少高空作业。构件所有节点均稳定地坐落在平台上焊接变形量小，施工质量及安全易于保证。,（2）工作面大，工序间衔接较好，便于施工组织。,（3）主钢构地面拼装完成后，建立了空中安装平台，对继续安装的四层、顶层次结构及五层构件提供可靠保障。,（4）大型结构整体提升施工技术是一项新颖的结构安装施工技术，其采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升、机电液一体化的技术原理，实现同步升降、负载均衡、结构姿态校正、应力控制、操作锁闭、过程显示、故障报警等，施工安全有一定保证。,2.3 提升重量的确定,工程总体施工方案采用逆作法施工，屋顶区钢桁架结构地面原位拼装完成后，再进行土方开挖、基础结构施工。,经多方讨论研究，屋顶钢结构主要钢结构地面拼装，剩余构件在整体提升完毕以后穿插散拼。最终确定整体提升重量约为10388吨。,桁架体系地面原位拼装后进行土方开挖，施工基础结构,四层提升构件,四层提升构件主要包括主桁架、次桁架下弦杆件及四层主梁、悬臂梁等。,2.4 提升构件布置,2.4 提升构件布置,屋面层提升构件,屋面层提升构件主要包括主桁架、次桁架上弦杆件及屋架、屋面层主梁、悬臂梁、天井区次梁。,2.5 整体提升方案的确定,确定总体施工方案后，共制定了四套整体提升施工方案：,1）钢格构柱提升方案；,2）混凝土框架柱提升方案；,3）钢结构顶升施工方案；,4）利用结构体系中的六个钢筋混凝土核芯筒做为主要提升平台，HJ-3端部设钢格构柱辅助提升的方案。,经多方研究讨论最终确定第四种方案最为经济合理。,顶升千斤顶,钢结构整体提升施工方案 编制完成后，于2006年7月1日邀请了国内知名专家，召开了方案论证会，与会专家一致肯定了提升总体方案的合理性和可行性。,2.6 整体提升专家论证,论证会上与会专家和领导积极讨论,三提升施工工艺流程,土方平整,钢结构地面拼装基础施工,拼装支撑桩施工,钢结构地面就位拼装,主体结构土方施工,核心筒施工及提升平台施工,提升设备安装调试,试提升试下降，检查各提升设施状况,正式提升,安装第三节钢骨柱,安装Y形支撑,第一次下放，焊接Y形支撑上口,首次卸载，焊接Y形支撑下口,提升厂家确认,提升设备制备,提升吊架加工,出厂检验,提升设备,基础施工提升塔架,提升塔架加工,提升塔架安装,提升吊耳加工,提升吊耳焊接,最终卸载,拆除提升设备,4.1 提升吊点的确定,整体提升重量大，需提升结构面积广，钢结构构造复杂，杆件刚度差异较大，合理布置提升吊点，使提升施工过程中构件应力及变形在规范允许范围内，提升施工经济合理安全可靠。,四提升施工特点、难点分析,4.2 提升重量重，面积大,总的提升重量10388吨，在国内已建工程中还前所未有。本工程提升钢结构的尺寸为116m106m，,面积约12300m。,4.3 同一提升平台上各点的载荷在提升过程中波动较大,在同一核芯筒上，各吊点之间的距离近，结构刚度大，对位置同步控制极其敏感。位置误差稍有差别，各点的负载将重新分配而发生较大的波动，可能引起结构的不安全。,4.4 同步控制要求高,在提升过程中，各吊点之间的同步控制要求在10mm内；同时，同一核心筒上各吊点的载荷要控制在与理论计算基本一致的范围内。,4.5 钢结构在提升过程中与核心筒间距近,钢结构在提升过程中，其桁架与核心筒之间的最小间距理论上只有50mm；要求提升设备的安装须保证较高的定位精度。,4.6 空中悬停时间长,钢结构提升到位后，需要在空中悬停近60天，进行钢结构劲性柱及Y型支撑安装等工序施工后,再整体下放就位。,4.7 整体下放600mm,根据结构设计特点，在结构就位前，需要将结构整体下放600mm。,5.1 提升施工组织机构,国家图书馆钢结构整体提升组织机构框图,结构变形监测组,钢结质量巡视组,提升平台变形监测组,核心筒质量巡视组,安全保卫组,宣传组,会务组,钢结构保障组,砼结构保障组,水电保障组,结构应力监测组,结构计算组,提升监控组,控制操作组,提升油缸组,液压泵站组,领导小组,组长：郑勇,提升施工指挥部,指挥长：杨煜,提升执行机构,经理：王玉生,砼结构质量安全组,组长：吴长路,钢结构质量安全组,组长：张文学,工程保障组,组长：黄璞,提升施工组,组长：卞永明,会务组,组长：任为祥,专家组,组长：杨嗣信,五提升施工设备布置,5.2 提升吊点布置,国家图书馆二期工程暨国家 数字图书馆屋架总重约,10388t，采用28个吊点整体同步提升。其中，24个吊点分布在6个核心筒周围，编号为A-F；其余4点分布在两个格构柱上，编号为G。,核心筒编号,吊点编号,核芯筒,编号,钢桁架,编号,提升点,编号,提升点,反力,（单位kN）,提升油缸,布置,提升能力（单位：kN）,油缸储备系数/利用系数,钢绞线,安全,系数,核芯筒1,HJ1,HJ2,A1,5601,2350,1200,9000,1.61/0.62,3.72,B1,3635,2350,7000,1.92/0.51,4.45,C1,2777,1350,1200,5500,1.98/0.5,4.6,D1,6798,4350,14000,2.06/0.48,4.75,核芯筒3,HJ1,HJ2,A3,5601,2350,1200,9000,1.61/0.62,3.72,B3,3573,2350,7000,1.96/0.51,4.52,C3,2843,1350,1200,5500,1.93/0.52,4.49,D3,6842,4350,14000,2.05/0.49,4.72,各核心筒吊点布置信息,核芯筒,编号,钢桁架,编号,提升点,编号,提升点,反力,（单位kN）,提升油缸,布置,提升能力（单位：kN）,油缸储备系数/利用系数,钢绞线,安全,系数,核芯筒4,HJ1,HJ2,A4,5588,2350,1200,9000,1.61/0.62,3.73,B4,3622,2350,7000,1.93/0.52,4.46,C4,2810,1350,1200,5500,1.96/0.51,4.54,D4,6833,4350,14000,2.04/0.49,4.73,核芯筒6,HJ1,HJ2,A6,5609,2350,1200,9000,1.61/0.62,3.72,B6,3591,2350,7000,1.93/0.52,4.46,C6,2790,1350,1200,5500,1.96/0.51,4.54,D6,6792,4350,14000,2.06/0.48,4.75,核芯筒,编号,钢桁架,编号,提升点,编号,提升点,反力,（单位kN）,提升油缸,布置,提升能力（单位：kN）,油缸储备系数/利用系数,钢绞线,安全,系数,核芯筒2,TG3轴上,HJ3,E1,2801,1350,1200,5500,1.96/0.51,4.56,F1,1433,1350,3500,2.44/0.41,5.64,G1,2302,2200,4000,1.74/0.57,4.07,TG4轴上,HJ3,E2,2815,1350,1200,5500,1.95/0.51,4.53,F2,1401,1350,3500,2.49/0.4,5.76,G2,2418,2200,4000,1.65/0.6,3.88,核芯筒5,TG3轴上,HJ3,E3,2808,1350,1200,5500,1.96/0.51,4.56,F3,1401,1350,3500,2.49/0.4,5.76,G3,2419,2200,4000,1.65/0.6,3.88,TG4轴上,HJ3,E4,2802,1350,1200,5500,1.96/0.51,4.56,F4,1432,1350,3500,2.44/0.41,5.64,G4,2299,2200,4000,1.74/0.57,4.07,合 计,101,636,44350,20200,194000,1.91/0.52,4.42,350T油缸:9台200T油缸:2台泵站:3台压力传感器:3个长距离传感器:2个,核心筒1、3、4、6提升设备布置,核心筒2、5提升设备布置,350T油缸:4台,200T油缸:6台泵站:3台压力传感器:3个长距离传感器:4个,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,各种传感器,5.3 提升施工主要施工机械设备表,序号,机械或,设备名称,型号规格,数量,国别产地,制造年份,额定,功率KW,生产,能力,用于施,工部位,备注,1,提升油缸,350吨,45,中国,0205,350吨,提升,备用1台,2,提升油缸,200吨,22,中国,0205,200吨,提升,备用2台,3,液压泵站,80L/min,18,中国,0304,50KW,80 L/min,提升,4,计算机控制柜,同步控制型,2,中国,03,提升,备用1台,5,20米长距离传感器,20米,30,中国,04,提升,备用2台,6,油压传感器,30,德国,04,提升,备用2只,7,油缸行程传感器,68,中国,04,提升,备用4台,8,锚具传感器,135,中国,04,提升,备用7只,9,地锚锚具,350吨,44,中国,0205,提升,10,地锚锚具,200吨,20,中国,0205,提升,11,安全锚具,350吨,44,中国,05,提升,12,安全锚具,200吨,20,中国,05,提升,13,监控仪器,2套,中国,提升 监控,备用1台,千斤顶型号,350吨,200吨,配用泵站,80型,额定提升吨位(KN),3500,2000,额定油压(MPa),25,活塞行程(mm),250,250,流量(L/分钟),80,活塞面积m,2,0.13,0.08,质量(kg),2000,额定油压(MPa),25,25,外形尺寸(mm),1200*1100*1700,外形尺寸(mm),635 H1770,510 H1700,钢绞线根数,31,19,穿心孔径(mm),270,190,提升速度(M/小时),5,5,质量(kg),2000,1000,千斤顶安装尺寸,635 H1770,510 H1700,5.4 主要机械设备性能表,1.分析依据,1）国家行业及地方标准：,2)国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆岩土工程地质勘察报告,3)风荷载:基本风压 0.45kN/m,2,4)地震相关参数:,施工阶段抗震验算时，取10年一遇的地震烈度值进行验算。,5)计算程序,采用有限元分析软件Etabs、SP2000、ANSYS,六提升施工理论计算分析,2.计算分析工况,工况1：,钢结构地面拼装完成后基坑开挖完毕，基础底板尚未施工前的工况。,工况2：,提升过程中的工况。,采用不同支座条件下模型的支座反力计算分析；,某一提升吊点油缸退出工作时力的分配计算分析；,各提升吊点之间的相对刚度统计计算分析；,采用钢绞线模拟支座时各提升吊点相对A点允许最大位移计算分析；,钢屋架提升过程桁架应力计算；,工况3：,提升完毕后搁置于提升平台上的工况。,工况4：,提升施工结束，型钢柱安装完成，混凝土13层结构尚未施工的工况。,3.结构计算模型,4.提升工况计算支座条件,（1）各提升点采用三向固定支座（即限制提升点x、y、z向的平移，不限制转角）；,（2）G点采用三向固定支座，A-F点采用单向（限制z向位移）支座；,（3）各提升点采用模拟钢绞线形式。即各个提升点采用一段长度为10m的圆钢，圆钢直径和弹性模量的选用分别按照实际的钢绞线的总面积和钢绞线的弹性模量。,提升点,各点三向固定支座,G点三向A-F单向,钢绞线模拟,A,5437,5678,4781,B,3356,3534,2801,C,2383,2175,3033,D,6322,6197,6824,E,2259,2280,2256,F,1317,1259,1478,G,1963,2080,2074,5.提升工况各支座条件下模型反力,6.提升工况结构整体变形情况,7.提升工况结构整体应力情况,8.其他计算分析,(1)提升平台设计计算,(2)提升吊耳设计,A点吊耳,B点吊耳,C、E点吊耳,D点吊耳,六.提升施工控制方案,吊点布置,六.提升施工控制方案,提升控制方案选择位置同步与载荷同步相结合的控制策略：,核心筒内载荷同步，同时监控位移变化；,核心筒间位置同步，同时监控载荷变化。,位置同步与载荷分配相结合的控制框图,动作同步,的控制框图,八.提升施工,国家图书馆钢结构整体提升施工提升距离为15.65m，超过设计标高600mm，钢结构整体提升施工共分为六个过程：,试提升过程：2006年10月11日,正式提升过程：2006年10月14日2006年10月17日,空中悬停阶段：2006年10月18日2006年11月29日,整体下降过程：2006年11月30日,部分卸载过程：2006年12月18日,最终卸载过程：2006年12月25日2006年12月27日,1号电梯井,2号电梯井,3号电梯井,6号电梯井,5号电梯井,4号电梯井,南提升架,北提升架,国图桁架全景图片,主桁架南侧立面图片,南侧提升平台图片,主提升平台图片,南侧提升架图片,主桁架提升点图片,四提升点图片,三提升点图片,两同提升量提升点图片,两不同提升量的吊点图片,单提升点图片,提升滑动支撑图片,提升长距离传感器,传感器,传传感器下部与桁架固定点,三千斤顶工作及固定图片,四千斤顶工作及固定图片,两千斤顶工作及固定图片,提升泵站图片,提升控制平台,钢结构提升前状态,钢结构提升过程中状态,钢结构提升结束后状态,8.1 试提升和正式提升施工,提升加载：按下列比例，进行20%、40%、60%、80%、90%、95%、100%分级加载；,试提升过程利用应力检测手段，确定每次加载时间间隔。,应力监测数据线布置,温度补偿块,应变片,应力监测数据采集,钢结构提升结构应力变化曲线,八.提升施工,8.2 空中悬停,提升到位后锁紧油缸下锚。,钢结构与六个核心筒间在上下弦杆位置利用木楔楔紧，保持在原轴线位置。,开始安装劲型柱和Y型支撑。,八.提升施工,8.3 整体下降,整体同步将结构降至设计标高，与Y型支撑上口对接。,八.提升施工,8.4 卸载,钢结构卸载过程是指由提升系统受力向正式结构自身受力逐渐转化的过程。,Y型支撑上口焊接完成后，进行下口焊接和提升系统卸载。,卸载过程分为两步。,八.提升施工,钢结构提升系统卸载工艺流程如下：,钢结构整体下降Y型支撑上口焊接HJ-4立柱焊接、Y型支撑H型钢连梁焊接卸载滑靴焊接提升载荷调平下降焊接连接板提升设备首次卸载40正式焊接Y型支撑下口提升设备逐级最终卸载。,九小结,通过系统细致的理论计算分析，依据理论分析科学地安排施工，确保了提升施工安全顺利完成。最终测量结果：提升后钢结构水平位移在3mm范围内，结构标高误差小于10mm，提升卸载时吊点载荷与理论计算值偏差在10范围内。圆满完成了任务，达到了预期目的。,汇报到此结束,感谢各位领导和专家,！,中铁建工集团有限公司,