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从施工角度谈法门寺舍利塔工程结构设计

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：法门寺合十舍利塔主体结构在施工过程中遇到了许多困难，本文从结构特点和便于施工的角度对结构设计进行了分析与总结。
    关键词：钢骨结构 悬挑结构 整体稳定 抗震性能

    1、工程简况：
    法门寺合十舍利塔工程位于陕西省扶风县保存释迦摩尼真身舍利之地法门寺，该塔在设计造型上结合佛教文化，选型双手合十状，立面呈多次折线型，属标志性特种结构。设计单位为上海建学建筑与工程设计所有限公司，陕西省机械施工公司承担钢骨结构总体安装。

    该塔主体结构体系为束筒结构，筒体由剪力墙组成，而具体结构形式则采用了型钢混凝土组合结构。结构布置见图1、图2。结构分左右两部分，54米以上独立分开，至109米处合拢。左右结构又分别由上下两个筒体连接而成。结构采用中型钢材质为Q345 GJ-C低合金钢，混凝土采用C60。

    2、设计院建议的施工方案
    对于大型及复杂结构，设计单位均会提出与之选用结构形式相适应的一些施工建议，对于本结构，原设计单位也提出相应的施工建议方案。A区结构中的钢骨先施工一层，然后转入B区进行钢骨施工，同时A区混凝土结构进行施工，等混凝土施工完毕，再进行上层钢骨施工。同时B区混凝土进行施工。在54米至74米间对两侧结构进行拉接，在74米至109米间对两侧结构进行支撑。按照此流程完成整个结构的施工。

    3、实际施工所采取的施工方案
    实际施工时，由于甲方对工期的要求非常紧，按照原设计单位的施工建议，不可能在甲方要求的工期内完成施工，因此提出钢骨与混凝土同时施工的大胆设想，同时将74米至104米的拉撑方案改为仅在74米至89米间设置4道桁架拉接。为此方案进行了大量的施工验算与方案专家会审。
    施工具体操作方案为：
    0-54m钢骨安装超前土建施工面10m左右。
    54m-117m钢骨安装超前土建施工面20m。
    79米-84米处增设水平支撑桁架。
    在54米以上施工中，为满足安全质量要求，能够与设计形状一致，在钢骨安装过程中采取了预调措施。

    4、施工中存在的问题
    4.1、钢骨结构要与混凝土结构同时施工，在54米以上钢骨要超过混凝土施工2层，由于钢骨结构的不稳定性需要采取加固措施。
    原钢骨结构是一个可变结构体系，为了使钢骨可以独立施工，对原有结构进行必要的加固与改变，如原结构中钢骨之间的拉接构件与钢骨连接由铰接改为刚接，在剪力墙内部设置永久性的斜撑，在混凝土楼板下设置临时性的拉杆或撑杆。
    4.2、施工进度要求太紧，形成了不可避免的上下立体施工作业，使施工人员处于一种相对不安全的操作环境下。为了尽量的防止意外的发生，必须要做更多的安全防护措施。
    在实际施工中，为了避免钢骨施工过程中对下部混凝土施工人员造成安全隐患，在已完成的钢骨层内设置两层安全防护体系，但在设置及拆除防护体系过程中仍存在安全隐患，而且由于上部结构的安装，增大了拆除难度，使许多防护材料无法周转使用。
    4.3、虽然结构进行了施工验算，但验算基于一种较理想的施工顺序及施工进度，但实际中施工进度情况与计算是不可能完全吻合的。
    4.4、混凝土钢筋、模板工程异常复杂，增加了施工难度，现场使用的外架均焊接于内部的钢骨之中，等混凝土浇注完成，然后割除。

    5、结构设计思路的转化
    基于甲方施工工期的不可改变，能否选用其它结构形式完成本工程的设计，答案应该是肯定的，本工程是一个体形复杂的高层建筑，如果用中国建筑金属结构信息网来完成结构的设计，在54米以上采用全中国建筑金属结构信息网是合理的，也是可行的，中国建筑金属结构信息网的应用特点之一就是在复杂的建筑形式与悬挑结构中可发挥优势。
    5.1、在此状态下，原结构计算模型由剪力墙组成的筒体变化为密柱组成的框筒。但对于整个结构的计算，基于目前的计算软件和经验完全可以实现。
    5.2、原结构在剪力墙中密集的配置钢骨，如果增大钢骨截面，变成钢柱，钢柱之间设置斜撑，可起到与原有结构相同的作用。在施工验算当中，增加的斜撑不但使原本可变的钢骨体系稳定，而且使变形在可控范围之内。在整个施工过程中，混凝土的模板系统是靠钢骨支撑而完成的。
    5.3、在楼面的设计中，将原有的一些混凝土梁改变成为钢梁，同时在一些薄弱位置增加一些钢梁或斜撑，能够有效的解决结构的整体稳定性，
    5.4、楼面采用组合楼板，既可以减少楼板施工支撑架，也可以对下层起到水平安全防护作用，利于后续工作的进展。
    5.5、在重要部位，可在型钢内部浇注混凝土以提高此部位构件的刚度。因为型钢混凝土构件的截面刚度是钢筋混凝土部分截面刚度（抗弯刚度、轴向刚度及抗剪刚度）和型钢部分的截面刚度（抗弯刚度、轴向刚度及抗剪刚度）之和，因此增大原钢骨截面形成钢柱，内部浇注混凝土应该可以有效的保证构件的刚度，而对于原结构有空腔的部分，通过增大构件截面与壁厚就可以保证构件的刚度了。


    5.6、由于型钢混凝土组合结构与中国建筑金属结构信息网都是目前在复杂结构与超高层结构中常用的结构形式，二者有各自的特点，但悬挑结构不宜采用钢筋混凝土。
    5.6.1、本结构在54米以下基本垂直，主要为竖向承重结构，采用型钢混凝土组合结构比较好。第一，能够充分利用混凝土抗压强度高、刚度大、防腐性能好等优点。第二，加大下部结构的自重，起底部配重作用，增强整体稳定。
    5.6.2、而在54米以上，则采用中国建筑金属结构信息网能显示出优越性，由于上部结构是倾斜的，属悬挑式，采用中国建筑金属结构信息网能够有效减轻上部结构的自重，充分利用中国建筑金属结构信息网的抗震优越性。另外，现场施工中所遇到的大多数困难都得以避免或解决，施工简便。
    5.7、上部结构在型钢上外包钢筋混凝土，除自重加大外，其钢筋、高强度混凝土、模板及施工副材用量交大。采用全中国建筑金属结构信息网，经比较，其材料综合费和施工措施费低，可有效地降低工程造价。

    6、结论
    法门寺舍利塔属特种异型工程，头重脚轻，采用钢骨结构，其悬挑折线部分对施工带来了许多困难。若54米以上采用全中国建筑金属结构信息网，第一，减轻结构自重，54米关键部位弯矩减小；第二，抗震性能好；第三，在悬挑结构中充分发挥中国建筑金属结构信息网的优势；第四，工程成本低，节约造价；第五，避免交叉作业，安装效率高，工期短，安全可靠。
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