首都博物館東館銷軸體系施工技術

0 引言

首都博物館東館項目以傳承運河文化為首要目的，建筑整體由主樓和共享大廳兩部分組成，其中主樓屋面形如船帆，6根梭形鋼柱猶如桅桿，共享大廳形如船身，取“運河之舟”的含義，喻示運河文化劈波斬浪，行高致遠（如圖1 所示）。首都博物館東館建成以后將承擔弘揚運河文化，展示北京文化遺產和自然遺產的功能，成為立足城市副中心、輻射京津冀的愛國主義教育基地。

首都博物館東館項目主樓鋼結構屋面為焊接H 型鋼桁架結構（如圖2 所示），屋面結構雙曲，營造張帆遠航的形象。主樓鋼結構屋面檐口最高47.5m，鋼柱規格為ф500×16 和ф550×40；主樓北側設計6 根梭形鋼柱支撐屋面鋼結構，梭形鋼柱為變徑圓管，最高達58m，通過固定鉸支座與地下混凝土結構相連，梭形鋼柱截面為PD（700～1 500）×40；主樓屋面鋼梁為焊接H 型鋼，其截面主要為BH1 500×600×20×50、BH1 000×300×16×35。為營造主樓屋面船帆的形象，屋面鋼結構構件具有自重大、造型復雜、截面多變的特點。

1 銷軸體系施工概況

屋面鋼結構銷軸體系共分為三部分進行施工，分別為梭形鋼柱、銷軸、人字形鋼梁（如圖3 所示）。梭形鋼柱和人字形鋼梁需在地面拼裝后整體吊裝，使用銷軸將梭形鋼柱和人字形鋼梁連接在一起，形成穩固的結構體系。

就目前江蘇鎮江段救援反映情況，船舶最大總長放寬到58 m，在該尺度下的船舶如遇擱淺、沉船，打撈船的調集將十分困難，救援效率也會遇到瓶頸，導致大起吊能力船舶，受橋梁高度限制無法進入運河，小打撈能力船舶救援時效低下，可見船舶總長過于放寬，應急救撈難以保證快速搶通。

紙漿洗滌的主要目的是將紙漿中的可溶無機物和有機物洗凈，同時要求盡量少用洗滌水，保持盡可能高的黑液濃度和溫度，以減少黑液蒸發濃縮時的蒸汽消耗量。在多段逆流洗滌過程中，即由多臺紙漿洗滌機串聯，漿料依次通過各臺設備，從最后一段排出；洗滌水則是逆流，從最后一段進入，與最后一段的漿料形成稀液進行逆流洗滌。紙漿多段逆流洗滌工藝流程如圖1所示。

再說家里的三個兒子齊刷刷地長高了，當個老爸還真得有老爸的樣，不僅有老爸的樣，還得要讓他們知道老爸我是個值得敬重的人，這可是我一輩子毫不含糊的目標，而且這大半輩子還做得不錯。這不是自我吹噓，回家時，老婆給我倒茶時從單手變成了雙手，說話時，老婆從順帶做一些針線活到停下手里的活恭恭敬敬地聆聽，這些變化都是在我幾十年的為人處世中改變的，而且我知道自己會做得越來越好，直到贏得大家由衷的敬佩。

2 銷軸體系施工技術

2.1 銷軸體系施工支撐胎架布置

由于梭形鋼柱自重大、高度超限，根據施工場地情況和起重設備吊裝能力，采用分段吊裝的方法進行安裝。同時，為解決場地狹小問題，在安裝梭形鋼柱之前將所有混凝土胎架基礎全部做好，嚴格按照先安裝標準胎架，再吊裝梭形鋼柱，安裝一組標準胎架，吊裝一根梭形鋼柱，由內而外退裝的順序進行施工。

由于胎架坐落在兩棟建筑之間基礎回填位置，回填土承載力難以滿足銷軸體系吊裝要求，故采用現澆混凝土制作胎架基礎。混凝土基礎設置埋件用于固定支撐胎架。

兩部胎架之間通過HW200 熱軋型鋼連接，連接牢固以后與主樓混凝土結構在平面上呈“八”字形連接，形成穩固結構，增加胎架結構的抗傾倒性。為減少標準型支撐胎架的焊接損傷，增加胎架的周轉次數，采用抱箍（如圖5 所示）對標準胎架進行保護。

2.2 銷軸體系施工劃分

4.人力資本。高素質的人力資本外溢效應意味著其可以衍生出許多新知識、新技術，而這些新知識、新技術正是提高勞動生產效率、促進產業轉型升級所必備的要素，進而為城鎮發展提供重要的產業基礎；同時，人力資本水平的提高會促進農村剩余勞動力向城市轉移，農業人口向非農業人口的轉化，且高素質人才往往能夠獲得更多就業機會和更高的收入，使得城鎮能夠留住人才，為產城融合的發展提供最寶貴的粘合因素和動力源泉——人口。

梭形鋼柱最長60.58m，最短50.13m，梭形鋼柱由南向北傾斜角度70

。每根梭形鋼柱分四段進行加工，運輸至施工現場以后下部兩段和上部兩段先在地面拼裝，分兩次吊裝到位。梭形鋼柱共需吊裝12 次，每次吊裝的最大吊重為44.69t。每個銷軸體系使用一個銷軸，共計安裝6 個銷軸，銷軸直徑300mm，長度424mm，單個銷軸重量達400kg，遠超人工安裝的極限，采用省力裝置進行安裝。人字形鋼梁為截面1 500mm×500mm×40m～1 500mm×500mm×60mm 的焊接H 型鋼，在地面拼裝完成后總長26.22m，最寬處4.75m，分6 次吊裝，每次吊裝的最大吊重為49.44t。

3 銷軸體系安裝關鍵施工過程

3.1 梭形鋼柱安裝

主樓屋面鋼結構共需要安裝6 個銷軸體系，在進行銷軸體系的安裝時，每個銷軸體系需要使用兩部臨時胎架進行支撐

。在傾斜梭形鋼柱的正下方分別由低向高設置兩部標準型支撐胎架，胎架分布在梭形鋼柱投影的正下方，支撐梭形鋼柱的中部和中上部，側立面呈階梯狀分布（如圖4 所示）。采用上海寶冶集團有限公司設計、加工制造的支撐胎架，胎架截面2m×2m，為圓管型格構支架，經計算分析承載能力可達75t

。支撐胎架的承載力滿足梭形鋼柱吊裝全過程的荷載。

使用汽車吊安裝標準胎架，同時開始梭形鋼柱的地面拼裝。梭形鋼柱在地面采用HW400×400 熱軋型鋼制作支撐胎架拼裝，能夠克服場地限制，可同時進行三段梭形鋼柱的拼裝。拼裝梭形鋼柱的支撐胎架布置在兩個銷軸體系之間，便于拼裝完成后進行吊裝，減小構件移動距離，降低吊裝風險。待兩部標準胎架安裝完成并連結成穩固結構以后，開始梭形鋼柱下部的吊裝。吊裝完成，調校驗收合格后，將梭形鋼柱固定在標準胎架上，進行梭形鋼柱柱底與球鉸支座的焊接連接。焊接完成后安裝梭形鋼柱上部，調教驗收合格后進行與梭形鋼柱下部的焊接連接。焊接驗收合格，梭形鋼柱安裝完畢。

3.2 銷軸安裝技術

超大型銷軸重量達400kg，安裝誤差僅2mm，人力難以安裝，采用銷軸安裝省力裝置（如圖7 所示）進行安裝。

通過布設銷軸體系安裝平面控制網

，對銷軸體系安裝進行安裝測量控制。銷軸體系安裝前對結構進行測量定位，安裝過程中對支撐胎架和銷軸體系進行安裝測量。

3.3 人字形鋼梁安裝

根據施工場地情況和起重設備吊裝能力，人字形鋼梁安裝采用整體吊裝的方法進行安裝。將人字形鋼梁主要構件在地面拼裝

，形成穩固的整體后，使用XGC400 履帶吊進行整體吊裝。吊裝至設計位置后，最后安裝與人字形鋼梁相連的附屬構件。

梭形鋼柱安裝時，根據實際施工情況，在梭形鋼柱柱頂粘貼反光貼片（如圖8a 所示），梭形鋼柱銷軸耳板孔處，使用透明膠帶粘貼出十字形（如圖8b 所示），在十字形透明膠帶中心粘貼反光貼片，使用全站儀測量構件安裝坐標。

幾年前，在外創業成功的柳中輝回村，村企聯合進行新農村建設，打造總占地14000余畝的潯龍河生態藝術小鎮。目前已投入140億元打造文化產業、教育產業、康養產業、生態產業、旅游產業。

3.4 安裝測量控制技術

銷軸安裝省力裝置可懸掛在銷軸耳板上，隨人字形鋼梁吊裝時一起帶到安裝位置。人字形鋼梁安裝到位后，使用銷軸安裝省力裝置將銷軸緩慢推入銷軸孔，銷軸安裝完成后，旋緊銷軸蓋板，并點焊固定。銷軸安裝完成后進行人字形鋼梁與屋面鋼結構的焊接連接。

由于現場施工場地的局限性，將6 個銷軸體系分為兩個施工區域，施工區域③和施工區域④（如圖6 所示）。根據現場施工的實際條件，采用兩臺XGC400 履帶吊同時從中間向兩邊退裝的方法進行安裝。每個銷軸體系分三步進行安裝，首先吊裝梭形鋼柱，梭形鋼柱吊裝完成，再吊裝人字形鋼梁，最后進行銷軸的安裝。銷軸體系安裝完成后安裝銷軸體系之間的鋼梁，連成穩定的結構體系后，再進行下一個銷軸體系的安裝。

在拼裝梭形鋼柱的同時，利用拼裝梭形鋼柱的HW400×400 支撐胎架，在地面拼裝人字形鋼梁，在梭形鋼柱安裝焊接完成后即可安裝人字形鋼梁。人字形鋼梁采用XGC400 履帶吊進行整體吊裝，由于場地空間的限制，人字形鋼梁在地面拼裝時長度方向與建筑長度方向平行，由于安裝方向與拼裝方向垂直，待人字形鋼梁起吊到安全高度后，使用纜風繩調整人字形鋼梁方向旋轉90

，到達安裝位置，人字形鋼梁下降至安裝位置后，一端穿入銷軸與梭形鋼柱連接，另一端與屋面鋼結構焊接連接。焊接完成后，安裝銷軸體系之間的連接鋼梁。

銷軸體系安裝時在梭形鋼柱頂端、人字形鋼梁跨中、標準胎架頂部設置測量點位。在測量點位上提前貼好反光貼片，在安裝過程中，使用全站儀收集測量點位的坐標數據。在安裝銷軸體系的同時，對結構體系進行位移監測。

銷軸體系施工完成后，在每個銷軸體系的銷軸連接處永久固定一枚反光棱鏡，用于鋼結構施工結束后對結構的持續性變形監測。

空調可以改善居住環境的舒適度，但其巨大的能源消耗問題及制冷劑對環境造成的污染問題也不容忽視。在1987年9月，美國、加拿大和其他30多個國家的代表在蒙特利爾研究如何解決制冷劑排放帶來的污染問題并簽訂蒙特利爾協議。參會國家一致認為制冷劑是一種對臭氧消耗非常有害的化學物品，并同意到1999年將制冷劑的產量減少50%，至少有11個國家，即占這些化學物品的全球產量的60%的國家批準后開始實施，我國使用量最大的R22也將在2030年后停止使用[1]。

3.5 施工過程模擬技術

在銷軸體系安裝前采用Tekla Structures 建立三維模型對鋼結構的安裝定位進行模擬，并在實際的安裝過程中進行驗證。采用結構分析軟件MIDAS 對梭形鋼柱支撐胎架穩定性和人字形鋼梁吊裝安全性進行分析

。

在安裝銷軸體系過程中，通過全站儀測得銷軸體系關鍵點位的三維世界坐標。通過Tekla Structures 構建三維模型，通過坐標對比獲得結構安裝的實際偏差，對坐標偏差超過規范允許值的部位進行調整。

使用結構分析軟件MIDAS 對梭形鋼柱支撐胎架安裝完成后，對恒載和水平風荷載作用下的位移和應力進行分析。根據軟件分析結果顯示：在1.3D+1.5WX 工況下

，梭形鋼柱最大水平位移為53.29mm（如圖9a 所示），支撐胎架最大水平位移為25.24mm（如圖9b 所示），整體應力最大為136.01N/mm

。以風或多遇地震作用為主的荷載標準組合作用下，按線性分析，自立式塔鋼結構水平位移不得大于Δu=H/75

，按最不利工況計算，梭形鋼柱允許最大水平位移為H/75=50130/75=668.40mm＞53.29mm，支撐胎架允許最大水平位移為H/75=21 000/75=280.0mm＞25.24mm，均滿足規范要求。梭形鋼柱所用材質為Q355GJD，支撐胎架所用材質為Q235B，材料強度設計值均大于整體應力值，滿足規范要求。

使用結構分析軟件MIDAS 對人字形鋼梁吊裝過程進行應力應變分析。吊裝過程只考慮鋼梁自重，根據鋼結構施工規范，考慮吊裝過程的動力效應，恒荷載（自重）分項系數取1.4。人字形鋼梁兩端縮進6m 的位置選為吊點，設置吊耳。考慮后續節點構造，恒載分項系數進行適當放大。分析結果顯示：吊裝過程中人字形鋼梁豎向最大位移為14.53mm（如圖10 所示），應力最大值為14.02Mpa（如圖11 所示）。鋼梁允許最大撓度值不大于l/400，人字形鋼梁允許最大撓度值為l/400=26 220/400=65.55mm＞14.53mm，滿足規范要求。人字形鋼梁材質為Q355B，材料強度設計值大于人字梁應力最大值，滿足規范要求。

4 結語

首都博物館東館項目安裝難度最大的銷軸體系的成功安裝，基于施工前的多次全過程仿真模擬，合理設置支撐胎架，制定了一套地面拼裝、整體吊裝相結合的銷軸體系施工方案。

由于電網電壓波動通常都是短時出現，以往電控維護人員在電壓穩定之后通過手動對變頻器進行復位，即可解決此類為題，但是由于部分工業及供暖行業換熱站數量多且分散。對變頻器進行逐個復位消耗時間過長。變頻器過電壓、欠電壓只能手動復位的局限性仍大大降低了工作效率，影響居民供暖。

本工程銷軸體系的安裝，具有構件自重大、場地狹小局限、吊裝工況復雜的特點。銷軸體系的圓滿完成形成了一套大型銷軸體系施工成熟方案，通過對施工場地的控制、機械資源的整合、施工過程的仿真模擬，為以后的同類工程施工積累了寶貴經驗。

[1]唐香君,巫明杰,陳龍.廣西園林園藝博覽會主展館鋼結構施工技術[J].施工技術,2017,46(02):1-4.

[2]鋼結構設計標準:GB50017-2017[S].

[3]黎丁,黃東陽,彭文海,等.廣州亞運會主場館大跨度懸挑頂篷主體鋼結構施工技術[J].施工技術,2012,41(02):1-4.

[4]鋼結構工程施工規范:GB50755-2012[S].

[5]曹江,李永明,苑慶濤,等.鄭州奧林匹克中心體育場鋼結構施工技術[J].鋼結構,2018,33(11):127-131.

[6]建筑結構荷載規范:GB5009-2012[S].

[7]高聳結構設計標準:GB50135-2019[S].