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從施工角度談法門寺舍利塔工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：法門寺合十舍利塔主體結(jié)構(gòu)在施工過程中遇到了許多困難，本文從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和便于施工的角度對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與總結(jié)。
    關(guān)鍵詞：鋼骨結(jié)構(gòu) 懸挑結(jié)構(gòu) 整體穩(wěn)定 抗震性能

    1、工程簡況：
    法門寺合十舍利塔工程位于陜西省扶風(fēng)縣保存釋迦摩尼真身舍利之地法門寺，該塔在設(shè)計(jì)造型上結(jié)合佛教文化，選型雙手合十狀，立面呈多次折線型，屬標(biāo)志性特種結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)單位為上海建學(xué)建筑與工程設(shè)計(jì)所有限公司，陜西省機(jī)械施工公司承擔(dān)鋼骨結(jié)構(gòu)總體安裝。

    該塔主體結(jié)構(gòu)體系為束筒結(jié)構(gòu)，筒體由剪力墻組成，而具體結(jié)構(gòu)形式則采用了型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)布置見圖1、圖2。結(jié)構(gòu)分左右兩部分，54米以上獨(dú)立分開，至109米處合攏。左右結(jié)構(gòu)又分別由上下兩個(gè)筒體連接而成。結(jié)構(gòu)采用中型鋼材質(zhì)為Q345 GJ-C低合金鋼，混凝土采用C60。

    2、設(shè)計(jì)院建議的施工方案
    對于大型及復(fù)雜結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)單位均會提出與之選用結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的一些施工建議，對于本結(jié)構(gòu)，原設(shè)計(jì)單位也提出相應(yīng)的施工建議方案。A區(qū)結(jié)構(gòu)中的鋼骨先施工一層，然后轉(zhuǎn)入B區(qū)進(jìn)行鋼骨施工，同時(shí)A區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，等混凝土施工完畢，再進(jìn)行上層鋼骨施工。同時(shí)B區(qū)混凝土進(jìn)行施工。在54米至74米間對兩側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉接，在74米至109米間對兩側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。按照此流程完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的施工。

    3、實(shí)際施工所采取的施工方案
    實(shí)際施工時(shí)，由于甲方對工期的要求非常緊，按照原設(shè)計(jì)單位的施工建議，不可能在甲方要求的工期內(nèi)完成施工，因此提出鋼骨與混凝土同時(shí)施工的大膽設(shè)想，同時(shí)將74米至104米的拉撐方案改為僅在74米至89米間設(shè)置4道桁架拉接。為此方案進(jìn)行了大量的施工驗(yàn)算與方案專家會審。
    施工具體操作方案為：
    0-54m鋼骨安裝超前土建施工面10m左右。
    54m-117m鋼骨安裝超前土建施工面20m。
    79米-84米處增設(shè)水平支撐桁架。
    在54米以上施工中，為滿足安全質(zhì)量要求，能夠與設(shè)計(jì)形狀一致，在鋼骨安裝過程中采取了預(yù)調(diào)措施。

    4、施工中存在的問題
    4.1、鋼骨結(jié)構(gòu)要與混凝土結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，在54米以上鋼骨要超過混凝土施工2層，由于鋼骨結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性需要采取加固措施。
    原鋼骨結(jié)構(gòu)是一個(gè)可變結(jié)構(gòu)體系，為了使鋼骨可以獨(dú)立施工，對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的加固與改變，如原結(jié)構(gòu)中鋼骨之間的拉接構(gòu)件與鋼骨連接由鉸接改為剛接，在剪力墻內(nèi)部設(shè)置永久性的斜撐，在混凝土樓板下設(shè)置臨時(shí)性的拉桿或撐桿。
    4.2、施工進(jìn)度要求太緊，形成了不可避免的上下立體施工作業(yè)，使施工人員處于一種相對不安全的操作環(huán)境下。為了盡量的防止意外的發(fā)生，必須要做更多的安全防護(hù)措施。
    在實(shí)際施工中，為了避免鋼骨施工過程中對下部混凝土施工人員造成安全隱患，在已完成的鋼骨層內(nèi)設(shè)置兩層安全防護(hù)體系，但在設(shè)置及拆除防護(hù)體系過程中仍存在安全隱患，而且由于上部結(jié)構(gòu)的安裝，增大了拆除難度，使許多防護(hù)材料無法周轉(zhuǎn)使用。
    4.3、雖然結(jié)構(gòu)進(jìn)行了施工驗(yàn)算，但驗(yàn)算基于一種較理想的施工順序及施工進(jìn)度，但實(shí)際中施工進(jìn)度情況與計(jì)算是不可能完全吻合的。
    4.4、混凝土鋼筋、模板工程異常復(fù)雜，增加了施工難度，現(xiàn)場使用的外架均焊接于內(nèi)部的鋼骨之中，等混凝土澆注完成，然后割除。

    5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路的轉(zhuǎn)化
    基于甲方施工工期的不可改變，能否選用其它結(jié)構(gòu)形式完成本工程的設(shè)計(jì)，答案應(yīng)該是肯定的，本工程是一個(gè)體形復(fù)雜的高層建筑，如果用鋼結(jié)構(gòu)來完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在54米以上采用全鋼結(jié)構(gòu)是合理的，也是可行的，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)之一就是在復(fù)雜的建筑形式與懸挑結(jié)構(gòu)中可發(fā)揮優(yōu)勢。
    5.1、在此狀態(tài)下，原結(jié)構(gòu)計(jì)算模型由剪力墻組成的筒體變化為密柱組成的框筒。但對于整個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，基于目前的計(jì)算軟件和經(jīng)驗(yàn)完全可以實(shí)現(xiàn)。
    5.2、原結(jié)構(gòu)在剪力墻中密集的配置鋼骨，如果增大鋼骨截面，變成鋼柱，鋼柱之間設(shè)置斜撐，可起到與原有結(jié)構(gòu)相同的作用。在施工驗(yàn)算當(dāng)中，增加的斜撐不但使原本可變的鋼骨體系穩(wěn)定，而且使變形在可控范圍之內(nèi)。在整個(gè)施工過程中，混凝土的模板系統(tǒng)是靠鋼骨支撐而完成的。
    5.3、在樓面的設(shè)計(jì)中，將原有的一些混凝土梁改變成為鋼梁，同時(shí)在一些薄弱位置增加一些鋼梁或斜撐，能夠有效的解決結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，
    5.4、樓面采用組合樓板，既可以減少樓板施工支撐架，也可以對下層起到水平安全防護(hù)作用，利于后續(xù)工作的進(jìn)展。
    5.5、在重要部位，可在型鋼內(nèi)部澆注混凝土以提高此部位構(gòu)件的剛度。因?yàn)樾弯摶炷翗?gòu)件的截面剛度是鋼筋混凝土部分截面剛度（抗彎剛度、軸向剛度及抗剪剛度）和型鋼部分的截面剛度（抗彎剛度、軸向剛度及抗剪剛度）之和，因此增大原鋼骨截面形成鋼柱，內(nèi)部澆注混凝土應(yīng)該可以有效的保證構(gòu)件的剛度，而對于原結(jié)構(gòu)有空腔的部分，通過增大構(gòu)件截面與壁厚就可以保證構(gòu)件的剛度了。


    5.6、由于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)都是目前在復(fù)雜結(jié)構(gòu)與超高層結(jié)構(gòu)中常用的結(jié)構(gòu)形式，二者有各自的特點(diǎn)，但懸挑結(jié)構(gòu)不宜采用鋼筋混凝土。
    5.6.1、本結(jié)構(gòu)在54米以下基本垂直，主要為豎向承重結(jié)構(gòu)，采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)比較好。第一，能夠充分利用混凝土抗壓強(qiáng)度高、剛度大、防腐性能好等優(yōu)點(diǎn)。第二，加大下部結(jié)構(gòu)的自重，起底部配重作用，增強(qiáng)整體穩(wěn)定。
    5.6.2、而在54米以上，則采用鋼結(jié)構(gòu)能顯示出優(yōu)越性，由于上部結(jié)構(gòu)是傾斜的，屬懸挑式，采用鋼結(jié)構(gòu)能夠有效減輕上部結(jié)構(gòu)的自重，充分利用鋼結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)越性。另外，現(xiàn)場施工中所遇到的大多數(shù)困難都得以避免或解決，施工簡便。
    5.7、上部結(jié)構(gòu)在型鋼上外包鋼筋混凝土，除自重加大外，其鋼筋、高強(qiáng)度混凝土、模板及施工副材用量交大。采用全鋼結(jié)構(gòu)，經(jīng)比較，其材料綜合費(fèi)和施工措施費(fèi)低，可有效地降低工程造價(jià)。

    6、結(jié)論
    法門寺舍利塔屬特種異型工程，頭重腳輕，采用鋼骨結(jié)構(gòu)，其懸挑折線部分對施工帶來了許多困難。若54米以上采用全鋼結(jié)構(gòu)，第一，減輕結(jié)構(gòu)自重，54米關(guān)鍵部位彎矩減?。坏诙?，抗震性能好；第三，在懸挑結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢；第四，工程成本低，節(jié)約造價(jià)；第五，避免交叉作業(yè)，安裝效率高，工期短，安全可靠。
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