首博新館以大跨度鋼屋蓋而業(yè)內聞名，這個(gè)外形看似簡(jiǎn)單，但內部結構體系及節點(diǎn)構造復雜的建筑物，其施工法當時(shí)著(zhù)實(shí)讓施工單位動(dòng)了一番腦筋。

　　首都博物館新館工程是2001年北京市60項重點(diǎn)工程之一，是新世紀北京市標志性建筑。新館位于西長(cháng)安街延長(cháng)線(xiàn)白云路西側，該館建筑為地上五層、地下二層，總建筑面積為61680平方米，建筑工程預算投資7.8億元，是新中國成立以來(lái)，北京市投資規模最大的文化公益設施。

　　該項目以大跨度鋼屋蓋而聞名業(yè)內。其大跨度鋼屋蓋是由18榀南北向平均分布的主桁架和節間垂直及水平支撐系桿組成。整個(gè)鋼屋蓋支撐于34根搖擺鋼柱上，東西邊桁架下端分別設8根抗風(fēng)柱，34根搖擺柱，柱頂標高均為34.13米（主桁架下弦桿中心標高為34.4米），柱距8米（個(gè)別16米），整個(gè)大屋蓋系統南北向跨度56米，東、西、南三個(gè)方向懸挑12米，北側懸挑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(diǎn)，屋蓋總用鋼量?jì)H約800噸。

　　由此，工程的主要施工特點(diǎn)便是鋼桁架跨度大，懸挑長(cháng)；屋蓋鋼結構在施工過(guò)程中剛度小，安裝精度要求高；鋼桁架采用方、圓鋼管桿件，節點(diǎn)構造復雜，加工和安裝難度大，桁架間支撐桿件與主桁架采用高強螺栓連接，高強螺栓總量30000余條；屋蓋鋼結構在安裝過(guò)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構上互不相連，使屋蓋系統在橢圓筒周?chē)�由單純的桁架結構變?yōu)殍旒芗泳W(wǎng)架的復合結構系統，加工和安裝的難度進(jìn)一步加大；因整個(gè)屋蓋結構用鋼量低，導致結構所用材料構件規格多（僅屋蓋系統桿件就有5000余根，其中方鋼管共有22種規格），加大了加工和施工難度。

　　獨辟蹊徑施工

　　屋蓋鋼結構雖外形簡(jiǎn)單，但內部結構體系及節點(diǎn)構造復雜，大跨度鋼結構常用的施工方法，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。綜合考慮屋頂后續屋面及吊頂工程的施工作業(yè)及屋蓋鋼結構的特點(diǎn)，施工方?jīng)Q定采用滿(mǎn)堂腳手架、分段吊裝、高空組拼的施工方法。

　　具體施工方案是：在預拼裝場(chǎng)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現場(chǎng)吊裝機械的性能分段運往現場(chǎng)；利用現場(chǎng)土建的施工東南西北四個(gè)角部均布四臺塔吊，作為屋架吊裝的主要機械—運往現場(chǎng)的分段桁架要根據現場(chǎng)四臺塔吊的機械性能來(lái)確定；單榀主桁架經(jīng)預拼裝驗收合格后，根據塔吊的起重能力，結合每榀桁架重量分為3～9段，運至現場(chǎng)后進(jìn)行分段吊裝、高空對接；橫向桁架垂直支撐由加工廠(chǎng)整體組裝后，運至現場(chǎng)直接起吊；根據桁架接口位置不同，在腳手架施工前預設承重支點(diǎn)，在承重支點(diǎn)上方設置沙漏千斤頂，以保證主桁架的安裝標高，并為將來(lái)屋面整體卸荷創(chuàng )造條件。

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

　　由屋蓋結構及其下部支撐結構的特點(diǎn)可見(jiàn)，大跨度鋼結構常用的施工方法，如整體提升，分段或整體累計滑移，整體吊裝，分段吊裝等，無(wú)一可以完整運用于該項工程的施工。整體吊裝或提升無(wú)法應用，整榀吊裝現場(chǎng)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(chǎng)加工后每榀分為7～8個(gè)單元段運往施工現場(chǎng)（在施工現場(chǎng)組拼為高空散拼吊裝段）進(jìn)行高空散拼安裝；將加工廠(chǎng)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構——東西兩側懸挑12米，北側懸挑21米。根據施工方案，屋蓋前九軸范圍內的南北兩側挑檐，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，由于構件重量相對其他屋蓋構件的重量小得多，因而起吊安裝不是難題，但由于建筑設計要求屋蓋四角挑檐在尺度上盡量看起來(lái)“輕”、“薄”，且挑檐部分的吊頂板為可反映出上部及館內空間的不銹鋼板，因此對挑檐鋼結構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(diǎn)就在于精確地控制挑檐下弦軸線(xiàn)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確。但對于屋蓋的四角，由于構件斷面小，且縱橫方向均由單根鋼箱梁匯交于角部一點(diǎn)，該部分安裝只能高空散拼。為了切實(shí)保證屋蓋四個(gè)大角的標高準確，在屋蓋四角下方搭設承重支架。由于支架高度大，上層設攬風(fēng)繩以增加其穩定性。承重支架不僅作為四角挑檐構件安裝的支點(diǎn)，而且在其上設置水平儀支架，在屋蓋四周形成一個(gè)封閉的標高控制網(wǎng)，為挑檐下吊頂板的安裝提供測量基準。

　　鋼屋蓋整體吊裝順序：

　　屋面轉換柱安裝→轉換柱臨時(shí)固定→柱間預應力支撐安裝（預應力支撐分三次張拉）→第一間主桁架安裝→校正→固定→驗收→以第一間為標準間依次由西向東安裝

　　操作一細再細

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

　　工程全部搭設滿(mǎn)堂腳手架，使構件在滿(mǎn)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，使屋蓋鋼結構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(xiàn)變化，其高差變化相當大，需多次架設儀器進(jìn)行測定，拼裝操作平臺上垂掛大盤(pán)尺，通過(guò)高精度水準儀將后視標高逐個(gè)引測至每個(gè)測量操作平臺上的某一點(diǎn)，做好永久標記，作為測量操作平臺上標高控制后視點(diǎn)之用。根據引測各標高后視點(diǎn)，分別測出平臺上相應下弦控制節點(diǎn)標記點(diǎn)位之實(shí)際標高，然后計算出相應控制節點(diǎn)高度差值，明確標注于測量平臺相應節點(diǎn)標記點(diǎn)，以此作為桁架分段組裝標高的依據，標高控制目標為±10.0毫米。

　　根據工程施工測量面積大、周期長(cháng)、精度要求高等特點(diǎn)，為了每榀桁架的安裝偏差結果便于分析比較，以使整個(gè)施工過(guò)程的誤差處于受控狀態(tài)，施工中采用全過(guò)程定點(diǎn)跟蹤測量的方法。根據測量溫度及測量時(shí)間不同，對主桁架安裝偏差進(jìn)行全程觀(guān)測，在節間桿件安裝、焊接及高強螺栓等工序的施工過(guò)程中，固定時(shí)間進(jìn)行觀(guān)測，并記錄軸線(xiàn)標高、垂直度誤差結果，并對結果進(jìn)行分析，以便及時(shí)進(jìn)行調整控制誤差。

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

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 -----摘自《建造師》雜志