首都博物馆东馆销轴体系施工技术

0 引言

首都博物馆东馆项目以传承运河文化为首要目的，建筑整体由主楼和共享大厅两部分组成，其中主楼屋面形如船帆，6根梭形钢柱犹如桅杆，共享大厅形如船身，取“运河之舟”的含义，喻示运河文化劈波斩浪，行高致远（如图1 所示）。首都博物馆东馆建成以后将承担弘扬运河文化，展示北京文化遗产和自然遗产的功能，成为立足城市副中心、辐射京津冀的爱国主义教育基地。

首都博物馆东馆项目主楼钢结构屋面为焊接H 型钢桁架结构（如图2 所示），屋面结构双曲，营造张帆远航的形象。主楼钢结构屋面檐口最高47.5m，钢柱规格为ф500×16 和ф550×40；主楼北侧设计6 根梭形钢柱支撑屋面钢结构，梭形钢柱为变径圆管，最高达58m，通过固定铰支座与地下混凝土结构相连，梭形钢柱截面为PD（700～1 500）×40；主楼屋面钢梁为焊接H 型钢，其截面主要为BH1 500×600×20×50、BH1 000×300×16×35。为营造主楼屋面船帆的形象，屋面钢结构构件具有自重大、造型复杂、截面多变的特点。

1 销轴体系施工概况

屋面钢结构销轴体系共分为三部分进行施工，分别为梭形钢柱、销轴、人字形钢梁（如图3 所示）。梭形钢柱和人字形钢梁需在地面拼装后整体吊装，使用销轴将梭形钢柱和人字形钢梁连接在一起，形成稳固的结构体系。

就目前江苏镇江段救援反映情况，船舶最大总长放宽到58 m，在该尺度下的船舶如遇搁浅、沉船，打捞船的调集将十分困难，救援效率也会遇到瓶颈，导致大起吊能力船舶，受桥梁高度限制无法进入运河，小打捞能力船舶救援时效低下，可见船舶总长过于放宽，应急救捞难以保证快速抢通。

纸浆洗涤的主要目的是将纸浆中的可溶无机物和有机物洗净，同时要求尽量少用洗涤水，保持尽可能高的黑液浓度和温度，以减少黑液蒸发浓缩时的蒸汽消耗量。在多段逆流洗涤过程中，即由多台纸浆洗涤机串联，浆料依次通过各台设备，从最后一段排出；洗涤水则是逆流，从最后一段进入，与最后一段的浆料形成稀液进行逆流洗涤。纸浆多段逆流洗涤工艺流程如图1所示。

再说家里的三个儿子齐刷刷地长高了，当个老爸还真得有老爸的样，不仅有老爸的样，还得要让他们知道老爸我是个值得敬重的人，这可是我一辈子毫不含糊的目标，而且这大半辈子还做得不错。这不是自我吹嘘，回家时，老婆给我倒茶时从单手变成了双手，说话时，老婆从顺带做一些针线活到停下手里的活恭恭敬敬地聆听，这些变化都是在我几十年的为人处世中改变的，而且我知道自己会做得越来越好，直到赢得大家由衷的敬佩。

2 销轴体系施工技术

2.1 销轴体系施工支撑胎架布置

由于梭形钢柱自重大、高度超限，根据施工场地情况和起重设备吊装能力，采用分段吊装的方法进行安装。同时，为解决场地狭小问题，在安装梭形钢柱之前将所有混凝土胎架基础全部做好，严格按照先安装标准胎架，再吊装梭形钢柱，安装一组标准胎架，吊装一根梭形钢柱，由内而外退装的顺序进行施工。

由于胎架坐落在两栋建筑之间基础回填位置，回填土承载力难以满足销轴体系吊装要求，故采用现浇混凝土制作胎架基础。混凝土基础设置埋件用于固定支撑胎架。

两部胎架之间通过HW200 热轧型钢连接，连接牢固以后与主楼混凝土结构在平面上呈“八”字形连接，形成稳固结构，增加胎架结构的抗倾倒性。为减少标准型支撑胎架的焊接损伤，增加胎架的周转次数，采用抱箍（如图5 所示）对标准胎架进行保护。

2.2 销轴体系施工划分

4.人力资本。高素质的人力资本外溢效应意味着其可以衍生出许多新知识、新技术，而这些新知识、新技术正是提高劳动生产效率、促进产业转型升级所必备的要素，进而为城镇发展提供重要的产业基础；同时，人力资本水平的提高会促进农村剩余劳动力向城市转移，农业人口向非农业人口的转化，且高素质人才往往能够获得更多就业机会和更高的收入，使得城镇能够留住人才，为产城融合的发展提供最宝贵的粘合因素和动力源泉——人口。

梭形钢柱最长60.58m，最短50.13m，梭形钢柱由南向北倾斜角度70

。每根梭形钢柱分四段进行加工，运输至施工现场以后下部两段和上部两段先在地面拼装，分两次吊装到位。梭形钢柱共需吊装12 次，每次吊装的最大吊重为44.69t。每个销轴体系使用一个销轴，共计安装6 个销轴，销轴直径300mm，长度424mm，单个销轴重量达400kg，远超人工安装的极限，采用省力装置进行安装。人字形钢梁为截面1 500mm×500mm×40m～1 500mm×500mm×60mm 的焊接H 型钢，在地面拼装完成后总长26.22m，最宽处4.75m，分6 次吊装，每次吊装的最大吊重为49.44t。

3 销轴体系安装关键施工过程

3.1 梭形钢柱安装

主楼屋面钢结构共需要安装6 个销轴体系，在进行销轴体系的安装时，每个销轴体系需要使用两部临时胎架进行支撑

。在倾斜梭形钢柱的正下方分别由低向高设置两部标准型支撑胎架，胎架分布在梭形钢柱投影的正下方，支撑梭形钢柱的中部和中上部，侧立面呈阶梯状分布（如图4 所示）。采用上海宝冶集团有限公司设计、加工制造的支撑胎架，胎架截面2m×2m，为圆管型格构支架，经计算分析承载能力可达75t

。支撑胎架的承载力满足梭形钢柱吊装全过程的荷载。

使用汽车吊安装标准胎架，同时开始梭形钢柱的地面拼装。梭形钢柱在地面采用HW400×400 热轧型钢制作支撑胎架拼装，能够克服场地限制，可同时进行三段梭形钢柱的拼装。拼装梭形钢柱的支撑胎架布置在两个销轴体系之间，便于拼装完成后进行吊装，减小构件移动距离，降低吊装风险。待两部标准胎架安装完成并连结成稳固结构以后，开始梭形钢柱下部的吊装。吊装完成，调校验收合格后，将梭形钢柱固定在标准胎架上，进行梭形钢柱柱底与球铰支座的焊接连接。焊接完成后安装梭形钢柱上部，调教验收合格后进行与梭形钢柱下部的焊接连接。焊接验收合格，梭形钢柱安装完毕。

3.2 销轴安装技术

超大型销轴重量达400kg，安装误差仅2mm，人力难以安装，采用销轴安装省力装置（如图7 所示）进行安装。

通过布设销轴体系安装平面控制网

，对销轴体系安装进行安装测量控制。销轴体系安装前对结构进行测量定位，安装过程中对支撑胎架和销轴体系进行安装测量。

3.3 人字形钢梁安装

根据施工场地情况和起重设备吊装能力，人字形钢梁安装采用整体吊装的方法进行安装。将人字形钢梁主要构件在地面拼装

，形成稳固的整体后，使用XGC400 履带吊进行整体吊装。吊装至设计位置后，最后安装与人字形钢梁相连的附属构件。

梭形钢柱安装时，根据实际施工情况，在梭形钢柱柱顶粘贴反光贴片（如图8a 所示），梭形钢柱销轴耳板孔处，使用透明胶带粘贴出十字形（如图8b 所示），在十字形透明胶带中心粘贴反光贴片，使用全站仪测量构件安装坐标。

几年前，在外创业成功的柳中辉回村，村企联合进行新农村建设，打造总占地14000余亩的浔龙河生态艺术小镇。目前已投入140亿元打造文化产业、教育产业、康养产业、生态产业、旅游产业。

3.4 安装测量控制技术

销轴安装省力装置可悬挂在销轴耳板上，随人字形钢梁吊装时一起带到安装位置。人字形钢梁安装到位后，使用销轴安装省力装置将销轴缓慢推入销轴孔，销轴安装完成后，旋紧销轴盖板，并点焊固定。销轴安装完成后进行人字形钢梁与屋面钢结构的焊接连接。

由于现场施工场地的局限性，将6 个销轴体系分为两个施工区域，施工区域③和施工区域④（如图6 所示）。根据现场施工的实际条件，采用两台XGC400 履带吊同时从中间向两边退装的方法进行安装。每个销轴体系分三步进行安装，首先吊装梭形钢柱，梭形钢柱吊装完成，再吊装人字形钢梁，最后进行销轴的安装。销轴体系安装完成后安装销轴体系之间的钢梁，连成稳定的结构体系后，再进行下一个销轴体系的安装。

在拼装梭形钢柱的同时，利用拼装梭形钢柱的HW400×400 支撑胎架，在地面拼装人字形钢梁，在梭形钢柱安装焊接完成后即可安装人字形钢梁。人字形钢梁采用XGC400 履带吊进行整体吊装，由于场地空间的限制，人字形钢梁在地面拼装时长度方向与建筑长度方向平行，由于安装方向与拼装方向垂直，待人字形钢梁起吊到安全高度后，使用缆风绳调整人字形钢梁方向旋转90

，到达安装位置，人字形钢梁下降至安装位置后，一端穿入销轴与梭形钢柱连接，另一端与屋面钢结构焊接连接。焊接完成后，安装销轴体系之间的连接钢梁。

销轴体系安装时在梭形钢柱顶端、人字形钢梁跨中、标准胎架顶部设置测量点位。在测量点位上提前贴好反光贴片，在安装过程中，使用全站仪收集测量点位的坐标数据。在安装销轴体系的同时，对结构体系进行位移监测。

销轴体系施工完成后，在每个销轴体系的销轴连接处永久固定一枚反光棱镜，用于钢结构施工结束后对结构的持续性变形监测。

空调可以改善居住环境的舒适度，但其巨大的能源消耗问题及制冷剂对环境造成的污染问题也不容忽视。在1987年9月，美国、加拿大和其他30多个国家的代表在蒙特利尔研究如何解决制冷剂排放带来的污染问题并签订蒙特利尔协议。参会国家一致认为制冷剂是一种对臭氧消耗非常有害的化学物品，并同意到1999年将制冷剂的产量减少50%，至少有11个国家，即占这些化学物品的全球产量的60%的国家批准后开始实施，我国使用量最大的R22也将在2030年后停止使用[1]。

3.5 施工过程模拟技术

在销轴体系安装前采用Tekla Structures 建立三维模型对钢结构的安装定位进行模拟，并在实际的安装过程中进行验证。采用结构分析软件MIDAS 对梭形钢柱支撑胎架稳定性和人字形钢梁吊装安全性进行分析

。

在安装销轴体系过程中，通过全站仪测得销轴体系关键点位的三维世界坐标。通过Tekla Structures 构建三维模型，通过坐标对比获得结构安装的实际偏差，对坐标偏差超过规范允许值的部位进行调整。

使用结构分析软件MIDAS 对梭形钢柱支撑胎架安装完成后，对恒载和水平风荷载作用下的位移和应力进行分析。根据软件分析结果显示：在1.3D+1.5WX 工况下

，梭形钢柱最大水平位移为53.29mm（如图9a 所示），支撑胎架最大水平位移为25.24mm（如图9b 所示），整体应力最大为136.01N/mm

。以风或多遇地震作用为主的荷载标准组合作用下，按线性分析，自立式塔钢结构水平位移不得大于Δu=H/75

，按最不利工况计算，梭形钢柱允许最大水平位移为H/75=50130/75=668.40mm＞53.29mm，支撑胎架允许最大水平位移为H/75=21 000/75=280.0mm＞25.24mm，均满足规范要求。梭形钢柱所用材质为Q355GJD，支撑胎架所用材质为Q235B，材料强度设计值均大于整体应力值，满足规范要求。

使用结构分析软件MIDAS 对人字形钢梁吊装过程进行应力应变分析。吊装过程只考虑钢梁自重，根据钢结构施工规范，考虑吊装过程的动力效应，恒荷载（自重）分项系数取1.4。人字形钢梁两端缩进6m 的位置选为吊点，设置吊耳。考虑后续节点构造，恒载分项系数进行适当放大。分析结果显示：吊装过程中人字形钢梁竖向最大位移为14.53mm（如图10 所示），应力最大值为14.02Mpa（如图11 所示）。钢梁允许最大挠度值不大于l/400，人字形钢梁允许最大挠度值为l/400=26 220/400=65.55mm＞14.53mm，满足规范要求。人字形钢梁材质为Q355B，材料强度设计值大于人字梁应力最大值，满足规范要求。

4 结语

首都博物馆东馆项目安装难度最大的销轴体系的成功安装，基于施工前的多次全过程仿真模拟，合理设置支撑胎架，制定了一套地面拼装、整体吊装相结合的销轴体系施工方案。

由于电网电压波动通常都是短时出现，以往电控维护人员在电压稳定之后通过手动对变频器进行复位，即可解决此类为题，但是由于部分工业及供暖行业换热站数量多且分散。对变频器进行逐个复位消耗时间过长。变频器过电压、欠电压只能手动复位的局限性仍大大降低了工作效率，影响居民供暖。

本工程销轴体系的安装，具有构件自重大、场地狭小局限、吊装工况复杂的特点。销轴体系的圆满完成形成了一套大型销轴体系施工成熟方案，通过对施工场地的控制、机械资源的整合、施工过程的仿真模拟，为以后的同类工程施工积累了宝贵经验。

[1]唐香君,巫明杰,陈龙.广西园林园艺博览会主展馆钢结构施工技术[J].施工技术,2017,46(02):1-4.

[2]钢结构设计标准:GB50017-2017[S].

[3]黎丁,黄东阳,彭文海,等.广州亚运会主场馆大跨度悬挑顶篷主体钢结构施工技术[J].施工技术,2012,41(02):1-4.

[4]钢结构工程施工规范:GB50755-2012[S].

[5]曹江,李永明,苑庆涛,等.郑州奥林匹克中心体育场钢结构施工技术[J].钢结构,2018,33(11):127-131.

[6]建筑结构荷载规范:GB5009-2012[S].

[7]高耸结构设计标准:GB50135-2019[S].