大跨度钢桁架整体提升在天津滨海图书馆工程中的应用

范宝洪，孟令强，荣 彬，刘 帅

(1. 天津开发区建设工程监理公司 天津300453；2. 天津大学建筑工程学院 天津300072)

大跨度钢桁架整体提升在天津滨海图书馆工程中的应用

范宝洪1，孟令强1，荣 彬2，刘 帅2

(1. 天津开发区建设工程监理公司 天津300453；2. 天津大学建筑工程学院 天津300072)

近年来大跨度钢桁架结构广泛应用于大型公共建筑中，具有整体性好、外形美观等优点。与此同时，整体提升技术由于施工成本低、安装精度高等特点，为大型钢结构施工提供了一种新的思路。以天津滨海新区文化中心图书馆工程为例，介绍了大跨度钢桁架和整体提升施工技术的应用情况。针对大跨度钢桁架结构的设计与施工中的重难点进行了探讨和分析，对整体提升技术的思路和施工工序进行了总结。

大跨钢桁架 整体提升 施工

0 引 言

近年来，国内各地区对体育馆、图书馆、飞机场、火车站等大型公共建筑的需求大幅增加。此类建筑普遍对空间形式和体积有着独特的要求，因而传统的钢筋混凝土结构和砌体结构无法满足。大跨度钢结构因此获得了充分的发展空间，其应用范围和前景不可估量。钢桁架结构是由若干三角形单元组成的几何不变体系，其整体性好、刚度大。桁架杆件只承受轴力，节点一般按铰接考虑。因此钢桁架结构在大跨度结构中得到了广泛应用。同时，包括整体提升技术在内的施工技术也应运而生。

1 工程概况

天津滨海文化中心项目位于天津市滨海新区中央大道与大连东道交汇处西南侧。主要有现代城市与工业探索馆、美术馆、图书馆、东方演艺中心、市民活动中心和文化长廊5个地上单体建筑。滨海图书馆坐落于滨海文化中心的东侧，北侧为探索馆，南侧为演艺中心，西侧通过文化长廊与市民活动中心相对。

滨海图书馆突出休闲阅读空间，强化多媒体网络时代，将“滨海之眼”和阅览中厅结合为图书馆内部良好的公共空间，同时设置数字图书馆、球幕演示厅、媒体图书馆等新型文化交流设施。图书馆建筑面积为33,700,m2，地下1层，地上5层，总高度为28,m，结构形式为钢框架-支撑结构。部分柱为钢管混凝土柱，支撑形式采用中心支撑，局部为偏心支撑。中间连廊桁架由四榀54,m跨双层高的平面桁架及楼面梁、板、水平支撑等组成。结构模型如图1所示。

图1 结构模型图Fig.1 Schematic of structure model

2 大跨度钢桁架

2.1 结构特点

为完成“滨海之眼”的创意造型，结构中间位置需要一个大跨度的无柱空间。考虑到桁架结构具有整体性好、刚度大的特点，图书馆设有跨度54,m、宽58,m、高11.4,m 的钢桁架。桁架投影面积3,100,m2，重2,400,t，底部距1层楼面高度17.6,m。图书馆连廊结构位于(3～4)～(3～10)轴间的4～5层(标高23.3～33.65,m)，平面投影尺寸为54,m×54,m。连廊结构由3-A、3-C、3-E、3-G 轴线的四榀主桁架和其间次结构组成，连廊提升总重约2,500,t，其结构平立面图及效果图如图2～4所示。

图2 单榀桁架立面图Fig.2 Vertical view of single frame truss

图3 连廊桁架平面和吊点布置图Fig.3 Arrangement plan of the plane and suspension centers of corridor truss

图4 连廊桁架模型图Fig.4 Diagram of corridor truss model

2.2 施工难点

连廊桁架需要在地面完成构件的拼装施工，再使用整体提升技术提升至设计高度。构件的拼装对精度控制的要求很高。为方便与框架结构的连接，连廊拼装时除保证四榀桁架的定位轴线准确外，还需与两侧框架接口位置保持精确对应。同时，由于桁架结构复杂，构件繁多，需要使用较灵活的汽车吊完成拼装。施工前需根据各层平台混凝土结构截面特性、吊机站位、构件重量等分别按照汽车吊行走、吊装打脚进行施工验算，并对施工过程采取不同措施，确保施工过程结构安全。连廊桁架弦杆、腹杆等主结构均为50,mm 左右厚板，现场焊接量大，均为高空作业。施工前需根据连廊桁架结构形式，制定合理的焊接工艺、焊接顺序，控制好焊接变形，做好焊接温度控制。

连廊拼装完毕后的整体提升过程更为关键，对同步性和稳定性要求高。连廊桁架提升重量达2,500,t，采用8个吊点同步提升，需根据施工验算界定好同步控制目标值，并采取相关技术措施。8个吊点处的框架支撑节点需要进行严格的承载能力分析和变形分析，以保证施工的安全和稳定。

3 整体提升

整体提升技术是一种将计算机智能、机械技术和电气技术三者结合应用于土建施工领域的新型技术，[1]通过在整个被提升机构上布置若干提升点，利用液压提升系统提供的拉力，带动整体结构从地面同步向上移动至特定标高，完成施工安装。整体提升施工工艺由于是在地面完成拼装，具有高度低、危险性小、脚手架少和施工周期短的优点，目前被广泛应用于钢结构施工中，如澳门综合体育馆主桁架、[2]广州新白云国际机场维修机库钢屋盖、[3]沈阳飞机维修基地新机库[4]等。

3.1 连廊桁架提升总体思路

① 根据吊点布置(见图3)，对连廊进行整体建模分析，了解结构本体在提升工况下内力及应变情况，并计算出各提升吊点的提升反力值；

② 根据上述提升反力值，设计合理的提升支架和下吊具，并复核；

③ 选配合适的液压提升设备组合，包括液压提升器及液压泵站；

④ 液压同步提升实施过程中，需控制好结构提升同步性；

⑤ 连廊桁架各层弦杆与两侧框架柱连接，为配合提升工艺，需将各层弦杆断开，待提升到位后对接。

3.2 试提升阶段

待液压系统设备检测无误后开始试提升。计算确定液压提升器所需提升力。开始试提升时各吊点同步分级加载至所需提升力的20%,、40%,，在一切都正常的情况下，可继续加载至60%,、80%,、90%,、100%,，直至结构离地。离地后暂停作业，保持液压设备系统压力2～24,h。停留期间组织专业人员对提升上下吊点、提升结构及各提升设备进行专项检查，在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下，才能开始正式提升。

3.3 正式提升阶段

在试提升悬停结束后，对结构及设备进行全面检查及观测，确定无误后方能进行正式提升。连廊桁架提升过程如图5所示。为保证提升过程同步性控制，对8个提升点进行竖向位移监测，监测方法如下：[5]

① 在连廊桁架提升点附近设置反光片，用于桁架提升竖向位移监测；

② 测量固定架分别设置在4榀桁架，每榀设置2个点；

③ 桁架预提升后对各提升点进行监测，如个别点相差较大则进行点动调整；

图5 连廊桁架正在提升Fig.5 A hoisting corridor truss

④ 各提升点调整标高调整完毕，利用全站仪对各监测点进行初始标高监测；

⑤ 提升过程按照监测计划进行监测，并根据监测结果进行微调；

⑥ 对每次监测结果计算出各点不同步的相差值，并汇总成表。

3.4 提升就位阶段

结构同步提升至设计位置附近后暂停，各吊点微调使结构精确提升到达设计位置，提升设备暂停、锁定，保持结构的空中姿态稳定不变。最后集中对口焊接。

与试提升阶段相同，就为结束后需要分级卸载，且保持各提升器卸载步调一致。依次卸载至80%,、60%,、40%,、20%,，确认无异常后完全卸载，结构受力形式转为设计工况。

4 结论与展望

大跨度钢桁架已被广泛应用，其结构整体性好，受力合理，可满足大型公共建筑对空间的要求。整体提升技术是大型钢桁架、钢网架的主要施工技术之一，使结构可在地面完成拼装过程，可以显著缩短工期，降低施工成本，保证施工安全。整体提升过程的安全监控、质量监控仍是这一技术的重点难点。在实际工程中，应对提升吊点的布置、提升架的承载能力进行充分验算，从而使提升得到安全可靠的实施。■

［1］ 郑波. 大跨度钢桁架整体提升技术研究及施工仿真技术分析[D]. 包头：内蒙古科技大学，2015.

［2］ 郭彦林，邓科. 广州新白云国际机场维修机库钢屋盖整体提升技术[J]. 工业建筑，2004，34(12)：6-11.

［3］ 郭彦林. 澳门综合体育馆主桁架整体提升及提升塔架分析[J]. 建筑结构学报，2005，26(1)：17-24.

［4］ 程浩，苏铁斌，邹义任. 大跨度钢网架与钢桁架组合结构整体提升技术[J]. 钢结构，2014，29(2)：57-61.

［5］ 程小娇. 特大型网架整体提升监理控制[J]. 建筑施工，2016，38(1)：29-32.

The Wholly Lifting of Large Span Steel Truss：An Application Case of the Tianjin Binhai Library Project

FAN Baohong1，MENG Lingqiang1，RONG Bin2，LIU Shuai2
(1. TEDA Construction Project Supervision Company，Tianjin 300453，China；2. School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

In recent years，large span steel truss frame has been widely applied in large-scale public buildings as it has the advantages of integrality and good-looking appearance. Meanwhile，the technique of wholly lifting，featuring low construction cost and highly precise installation is providing a new thought for the construction of the truss frame. Taking the project of Tianjin Binhai Library as an example，this paper introduces the application of the large span truss frame and the wholly lifting technique. Structure design of the truss and key points during construction were discussed and the overall thought of the technique and its construction procedures were summed up.

large span steel truss；wholly lifting；construction

TU399

A

1006-8945(2016)06-0067-03

2016-05-24