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從施工角度談法門寺舍利塔工程結構設計

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：法門寺合十舍利塔主體結構在施工過程中遇到了許多困難，本文從結構特點和便于施工的角度對結構設計進行了分析與總結。
    關鍵詞：鋼骨結構 懸挑結構 整體穩定 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縣保存釋迦摩尼真身舍利之地法門寺，該塔在設計造型上結合佛教文化，選型雙手合十狀，立面呈多次折線型，屬標志性特種結構。設計單位為上海建學建筑與工程設計所有限公司，陜西省機械施工公司承擔鋼骨結構總體安裝。

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

    2、設計院建議的施工方案
    對于大型及復雜結構，設計單位均會提出與之選用結構形式相適應的一些施工建議，對于本結構，原設計單位也提出相應的施工建議方案。A區結構中的鋼骨先施工一層，然后轉入B區進行鋼骨施工，同時A區混凝土結構進行施工，等混凝土施工完畢，再進行上層鋼骨施工。同時B區混凝土進行施工。在54米至74米間對兩側結構進行拉接，在74米至109米間對兩側結構進行支撐。按照此流程完成整個結構的施工。

    3、實際施工所采取的施工方案
    實際施工時，由于甲方對工期的要求非常緊，按照原設計單位的施工建議，不可能在甲方要求的工期內完成施工，因此提出鋼骨與混凝土同時施工的大膽設想，同時將74米至104米的拉撐方案改為僅在74米至89米間設置4道桁架拉接。為此方案進行了大量的施工驗算與方案專家會審。
    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米處增設水平支撐桁架。
    在54米以上施工中，為滿足安全質量要求，能夠與設計形狀一致，在鋼骨安裝過程中采取了預調措施。

    4、施工中存在的問題
    4.1、鋼骨結構要與混凝土結構同時施工，在54米以上鋼骨要超過混凝土施工2層，由于鋼骨結構的不穩定性需要采取加固措施。
    原鋼骨結構是一個可變結構體系，為了使鋼骨可以獨立施工，對原有結構進行必要的加固與改變，如原結構中鋼骨之間的拉接構件與鋼骨連接由鉸接改為剛接，在剪力墻內部設置永久性的斜撐，在混凝土樓板下設置臨時性的拉桿或撐桿。
    4.2、施工進度要求太緊，形成了不可避免的上下立體施工作業，使施工人員處于一種相對不安全的操作環境下。為了盡量的防止意外的發生，必須要做更多的安全防護措施。
    在實際施工中，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設置兩層安全防護體系，但在設置及拆除防護體系過程中仍存在安全隱患，而且由于上部結構的安裝，增大了拆除難度，使許多防護材料無法周轉使用。
    4.3、雖然結構進行了施工驗算，但驗算基于一種較理想的施工順序及施工進度，但實際中施工進度情況與計算是不可能完全吻合的。
    4.4、混凝土鋼筋、模板工程異常復雜，增加了施工難度，現場使用的外架均焊接于內部的鋼骨之中，等混凝土澆注完成，然后割除。

    5、結構設計思路的轉化
    基于甲方施工工期的不可改變，能否選用其它結構形式完成本工程的設計，答案應該是肯定的，本工程是一個體形復雜的高層建筑，如果用鋼結構來完成結構的設計，在54米以上采用全鋼結構是合理的，也是可行的，鋼結構的應用特點之一就是在復雜的建筑形式與懸挑結構中可發揮優勢。
    5.1、在此狀態下，原結構計算模型由剪力墻組成的筒體變化為密柱組成的框筒。但對于整個結構的計算，基于目前的計算軟件和經驗完全可以實現。
    5.2、原結構在剪力墻中密集的配置鋼骨，如果增大鋼骨截面，變成鋼柱，鋼柱之間設置斜撐，可起到與原有結構相同的作用。在施工驗算當中，增加的斜撐不但使原本可變的鋼骨體系穩定，而且使變形在可控范圍之內。在整個施工過程中，混凝土的模板系統是靠鋼骨支撐而完成的。
    5.3、在樓面的設計中，將原有的一些混凝土梁改變成為鋼梁，同時在一些薄弱位置增加一些鋼梁或斜撐，能夠有效的解決結構的整體穩定性，
    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作用，利于后續工作的進展。
    5.5、在重要部位，可在型鋼內部澆注混凝土以提高此部位構件的剛度。因為型鋼混凝土構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，內部澆注混凝土應該可以有效的保證構件的剛度，而對于原結構有空腔的部分，通過增大構件截面與壁厚就可以保證構件的剛度了。


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

    6、結論
    法門寺舍利塔屬特種異型工程，頭重腳輕，采用鋼骨結構，其懸挑折線部分對施工帶來了許多困難。若54米以上采用全鋼結構，第一，減輕結構自重，54米關鍵部位彎矩減小；第二，抗震性能好；第三，在懸挑結構中充分發揮鋼結構的優勢；第四，工程成本低，節約造價；第五，避免交叉作業，安裝效率高，工期短，安全可靠。
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