国家图书馆钢结构整体提升施工概况课件

中铁建工集团张文学国家图书馆二期

暨数字化图书馆工程钢结构整体提升施工中铁建工集团国家图书馆二期

暨数字化图书馆工程钢结构整体提升1汇报内容一．工程概况二．施工方案的选择三．钢结构施工工艺流程四．提升施工特点、难点分析五．提升施工设备布置六．提升施工理论计算分析七.提升施工控制方案八.提升施工九.小结汇报内容一．工程概况二．施工方案的选择三．钢结构施工工艺流程21．建筑基本情况建设单位：中国国家图书馆工程名称：国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程建设地点：海淀区中关村南大街33号建筑规模：总建筑面积约为81310m2；其中地上建筑面积：37231m2，地下建筑面积：44079m2。一．工程概况1．建筑基本情况一．工程概况32．主要设计及参建单位建筑设计单位：德国KSP建筑设计有限公司结构设计单位：华东建筑设计研究院有限公司监理单位：北京鸿厦基建工程监理有限公司施工总承包单位：中铁建工集团有限公司2．主要设计及参建单位43．工程简介国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程主楼和地下车库两部分组成，主楼结构由地下三层和地上五层组成。该建筑基础底板标高－13.6m，钢结构屋面结构标高＋26.19m。主要建筑内容为密集型藏书库、阅览室、图书加工用房、学术交流用房、珍品图书保存库和展示厅、数字图书馆的大型计算机机房、数字资源存储机房、数字处理间等。3．工程简介5主体三层以下采用钢筋混凝土框架－筒体结构体系形成基座区，基座区长120m，宽90m。三层以上采用巨型钢桁架结构体系由36根钢柱承受其重量，外形尺寸116m×106m。南北向设有6榀巨型钢桁架，东西向设有4榀支撑桁架。基座区屋顶区钢骨柱核心筒主体三层以下采用钢筋混凝土框架－筒体结构体系形成基座区，基座6HJ-1HJ-1HJ-2HJ-2HJ-3HJ-3HJ-3HJ-3HJ-5HJ-5HJ-4HJ-4HJ-1HJ-1HJ-2HJ-2HJ-3HJ-3HJ-3HJ7主楼南北方向剖面主楼南北方向剖面8主楼东西方向剖面主楼东西方向剖面9HJ-3HJ-1、2WJ-1桁架结构HJ-3HJ-1、2WJ-1桁架结构10桁架节点桁架节点11钢桁架及主梁均采用箱型截面，桁架长116m，高10.04m,最重单榀桁架1100t,总工程量约13500t。钢板厚度范围主要为25～80mm，材质为Q345C，其中40～60mm板材Z向性能要求满足Z15，大于60mm板材Z向性能要求满足Z25。桁架杆件连接采用全焊接形式，各层主梁与桁架弦杆连接采用栓焊结合，焊缝等级为一级。钢结构工程主要构件截面尺寸构件名称截面形式截面尺寸桁架下弦箱形1500×1200×40×60桁架上弦箱形900×1200×30×60桁架腹杆箱形1200×600×（50～80）×（50～80）四层主梁箱形1500×600×25×60五层主梁工字形H485×300×16×30顶层主梁箱形900×600×25×60各层次梁工字形HM482×300、HN500×200、HW300×300Y形支撑箱形1200×600×（60～80）×（60～80）主劲性柱箱形1200×600×（40～80）×（40～80）钢桁架及主梁均采用箱型截面，桁架长116m，高10.04m122.1施工方案的选择本工程采用了巨型钢桁架体系，主桁架1.2m*106m*10.04m，重1100t,经深化加工图单个杆件最重61t，空中组拼难度较大。若采用常规的安装方法无法实现跨外吊装，跨内吊装吊车运行通道加固及桁架拼装支撑胎架费用惊人，施工安全难以保证且无法满足工程工期要求。结合本工程钢结构特点和通过对常规钢结构安装方法在本工程使用不利因素的分析，考虑到安装方案的可行性、安全性、经济性和施工工期。为保证钢结构整体安装质量和精度，本工程总体施工方案采用逆作法施工，钢结构采用“地面拼装，整体提升”的施工方案。二．施工方案的选择2.1施工方案的选择二．施工方案的选择132.2钢结构“地面拼装，整体提升”方案优点：（1）在地面上建立拼装平台,使结构构件的杆件利用工装、卡具和较小起重机，能准确无误地拼装在水平、轴线位置上；相对减少高空作业。构件所有节点均稳定地坐落在平台上焊接变形量小，施工质量及安全易于保证。（2）工作面大，工序间衔接较好，便于施工组织。（3）主钢构地面拼装完成后，建立了空中安装平台，对继续安装的四层、顶层次结构及五层构件提供可靠保障。（4）大型结构整体提升施工技术是一项新颖的结构安装施工技术，其采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升、机电液一体化的技术原理，实现同步升降、负载均衡、结构姿态校正、应力控制、操作锁闭、过程显示、故障报警等，施工安全有一定保证。2.2钢结构“地面拼装，整体提升”方案优点：142.3提升重量的确定工程总体施工方案采用逆作法施工，屋顶区钢桁架结构地面原位拼装完成后，再进行土方开挖、基础结构施工。经多方讨论研究，屋顶钢结构主要钢结构地面拼装，剩余构件在整体提升完毕以后穿插散拼。最终确定整体提升重量约为10388吨。桁架体系地面原位拼装后进行土方开挖，施工基础结构2.3提升重量的确定桁架体系地面原位拼装后进行土方开挖，施15四层提升构件四层提升构件主要包括主桁架、次桁架下弦杆件及四层主梁、悬臂梁等。2.4提升构件布置四层提升构件2.4提升构件布置162.4提升构件布置屋面层提升构件屋面层提升构件主要包括主桁架、次桁架上弦杆件及屋架、屋面层主梁、悬臂梁、天井区次梁。2.4提升构件布置屋面层提升构件172.5整体提升方案的确定确定总体施工方案后，共制定了四套整体提升施工方案：1）钢格构柱提升方案；2）混凝土框架柱提升方案；3）钢结构顶升施工方案；4）利用结构体系中的六个钢筋混凝土核芯筒做为主要提升平台，HJ-3端部设钢格构柱辅助提升的方案。经多方研究讨论最终确定第四种方案最为经济合理。顶升千斤顶2.5整体提升方案的确定顶升千斤顶18国家图书馆钢结构整体提升施工概况19国家图书馆钢结构整体提升施工概况20《钢结构整体提升施工方案》编制完成后，于2006年7月1日邀请了国内知名专家，召开了方案论证会，与会专家一致肯定了提升总体方案的合理性和可行性。2.6整体提升专家论证《钢结构整体提升施工方案》编制完成后，于2006年7月1日21论证会上与会专家和领导积极讨论论证会上与会专家和领导积极讨论22三．提升施工工艺流程·土方平整钢结构地面拼装基础施工拼装支撑桩施工钢结构地面就位拼装主体结构土方施工核心筒施工及提升平台施工提升设备安装调试试提升试下降，检查各提升设施状况正式提升安装第三节钢骨柱安装Y形支撑第一次下放，焊接Y形支撑上口首次卸载，焊接Y形支撑下口提升厂家确认提升设备制备提升吊架加工出厂检验提升设备基础施工提升塔架提升塔架加工提升塔架安装提升吊耳加工提升吊耳焊接最终卸载拆除提升设备三．提升施工工艺流程·土方平整钢结构地面拼装基础施工拼装支撑234.1提升吊点的确定整体提升重量大，需提升结构面积广，钢结构构造复杂，杆件刚度差异较大，合理布置提升吊点，使提升施工过程中构件应力及变形在规范允许范围内，提升施工经济合理安全可靠。四．提升施工特点、难点分析4.1提升吊点的确定四．提升施工特点、难点分析244.2提升重量重，面积大总的提升重量10388吨，在国内已建工程中还前所未有。本工程提升钢结构的尺寸为116m×106m，面积约12300m²。4.2提升重量重，面积大254.3同一提升平台上各点的载荷在提升过程中波动较大在同一核芯筒上，各吊点之间的距离近，结构刚度大，对位置同步控制极其敏感。位置误差稍有差别，各点的负载将重新分配而发生较大的波动，可能引起结构的不安全。4.4同步控制要求高在提升过程中，各吊点之间的同步控制要求在10mm内；同时，同一核心筒上各吊点的载荷要控制在与理论计算基本一致的范围内。4.3同一提升平台上各点的载荷在提升过程中波动较大264.5钢结构在提升过程中与核心筒间距近钢结构在提升过程中，其桁架与核心筒之间的最小间距理论上只有50mm；要求提升设备的安装须保证较高的定位精度。4.5钢结构在提升过程中与核心筒间距近274.6空中悬停时间长钢结构提升到位后，需要在空中悬停近60天，进行钢结构劲性柱及Y型支撑安装等工序施工后,再整体下放就位。4.6空中悬停时间长284.7整体下放600mm根据结构设计特点，在结构就位前，需要将结构整体下放600mm。4.7整体下放600mm295.1提升施工组织机构国家图书馆钢结构整体提升组织机构框图结构变形监测组钢结质量巡视组提升平台变形监测组核心筒质量巡视组安全保卫组宣传组会务组钢结构保障组砼结构保障组水电保障组结构应力监测组结构计算组提升监控组控制操作组提升油缸组液压泵站组领导小组组长：郑勇提升施工指挥部指挥长：杨煜提升执行机构经理：王玉生砼结构质量安全组组长：吴长路钢结构质量安全组组长：张文学工程保障组组长：黄璞提升施工组组长：卞永明会务组组长：任为祥专家组组长：杨嗣信五．提升施工设备布置5.1提升施工组织机构结构变形监测组钢结质量巡视组提升平台305.2提升吊点布置国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆屋架总重约10388t，采用28个吊点整体同步提升。其中，24个吊点分布在6个核心筒周围，编号为A-F；其余4点分布在两个格构柱上，编号为G。

核心筒编号吊点编号5.2提升吊点布置国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆屋31核芯筒编号钢桁架编号提升点编号提升点反力（单位kN）提升油缸布置提升能力（单位：kN）油缸储备系数/利用系数钢绞线安全系数核芯筒1HJ－1HJ－2A15601

2×3501×20090001.61/0.623.72B136352×35070001.92/0.514.45C127771×3501×20055001.98/0.54.6D167984×350140002.06/0.484.75核芯筒3HJ－1HJ－2A35601

2×3501×20090001.61/0.623.72B335732×35070001.96/0.514.52C328431×3501×20055001.93/0.524.49D368424×350140002.05/0.494.72各核心筒吊点布置信息核芯筒钢桁架提升点提升点提升油缸提升能力（单位：kN）油缸储32核芯筒编号钢桁架编号提升点编号提升点反力（单位kN）提升油缸布置提升能力（单位：kN）油缸储备系数/利用系数钢绞线安全系数核芯筒4HJ－1HJ－2A455882×3501×20090001.61/0.623.73B436222×35070001.93/0.524.46C428101×3501×20055001.96/0.514.54D468334×350140002.04/0.494.73核芯筒6HJ－1HJ－2A656092×3501×20090001.61/0.623.72B635912×35070001.93/0.524.46C627901×3501×20055001.96/0.514.54D667924×350140002.06/0.484.75核芯筒钢桁架提升点提升点提升油缸提升能力（单位：kN）油缸储33核芯筒编号钢桁架编号提升点编号提升点反力（单位kN）提升油缸布置提升能力（单位：kN）油缸储备系数/利用系数钢绞线安全系数核芯筒2TG3轴上HJ－3E128011×3501×20055001.96/0.514.56F114331×35035002.44/0.415.64G123022×20040001.74/0.574.07TG4轴上HJ－3E228151×3501×20055001.95/0.514.53F214011×35035002.49/0.45.76G224182×20040001.65/0.63.88核芯筒5TG3轴上HJ－3E328081×3501×20055001.96/0.514.56F314011×35035002.49/0.45.76G324192×20040001.65/0.63.88TG4轴上HJ－3E428021×3501×20055001.96/0.514.56F414321×35035002.44/0.415.64G422992×20040001.74/0.574.07合计101,63644×35020×2001940001.91/0.524.42核芯筒钢桁架提升点提升点提升油缸提升能力（单位：kN）油缸储34350T油缸:9台

200T油缸:2台

泵站:3台

压力传感器:3个

长距离传感器:2个

核心筒1、3、4、6提升设备布置350T油缸:9台

200T油缸:35核心筒2、5提升设备布置

350T油缸:4台200T油缸:6台

泵站:3台

压力传感器:3个

长距离传感器:4个核心筒2、5提升设备布置350T油缸:4台36行程传感器，测量油缸行程油压传感器，测量载荷长距离传感器，测量钢结构绝对位移各种传感器行程传感器，测量油缸行程油压传感器，测量载荷长距离传感器，测375.3提升施工主要施工机械设备表

序号机械或设备名称型号规格数量国别产地制造年份额定功率KW生产能力用于施工部位备注1提升油缸350吨45中国02～05

350吨提升备用1台2提升油缸200吨22中国02～05

200吨提升备用2台3液压泵站80L/min18中国03～0450KW80L/min提升

4计算机控制柜同步控制型2中国03

提升备用1台520米长距离传感器20米30中国04

提升备用2台6油压传感器

30德国04

提升备用2只7油缸行程传感器

68中国04

提升备用4台8锚具传感器

135中国04

提升备用7只9地锚锚具350吨44中国02～05

提升

10地锚锚具200吨20中国02～05

提升

11安全锚具350吨44中国05

提升

12安全锚具200吨20中国05

提升

13监控仪器

2套中国

提升监控备用1台5.3提升施工主要施工机械设备表序号机械或型号规格数量国38千斤顶型号350吨200吨配用泵站80型额定提升吨位(KN)35002000额定油压(MPa)25活塞行程(mm)250250流量(L/分钟)80活塞面积m20.130.08质量(kg)2000额定油压(MPa)2525外形尺寸(mm)1200*1100*1700外形尺寸(mm)Ø635H1770Ø510H1700

钢绞线根数3119

穿心孔径(mm)270190

提升速度(M/小时)55

质量(kg)20001000

千斤顶安装尺寸Ø635H1770Ø510H1700

5.4主要机械设备性能表千斤顶型号350吨200吨配用泵站80型额定提升吨位(KN)391.分析依据1）国家行业及地方标准：2)《国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆岩土工程地质勘察报告》3)风荷载:基本风压0.45kN/m24)地震相关参数:施工阶段抗震验算时，取10年一遇的地震烈度值进行验算。5)计算程序采用有限元分析软件Etabs、SP2000、ANSYS六．提升施工理论计算分析1.分析依据六．提升施工理论计算分析402.计算分析工况工况1：钢结构地面拼装完成后基坑开挖完毕，基础底板尚未施工前的工况。工况2：提升过程中的工况。采用不同支座条件下模型的支座反力计算分析；某一提升吊点油缸退出工作时力的分配计算分析；各提升吊点之间的相对刚度统计计算分析；采用钢绞线模拟支座时各提升吊点相对A点允许最大位移计算分析；钢屋架提升过程桁架应力计算；工况3：提升完毕后搁置于提升平台上的工况。工况4：提升施工结束，型钢柱安装完成，混凝土1~3层结构尚未施工的工况。2.计算分析工况413.结构计算模型3.结构计算模型424.提升工况计算支座条件（1）各提升点采用三向固定支座（即限制提升点x、y、z向的平移，不限制转角）；（2）G点采用三向固定支座，A-F点采用单向（限制z向位移）支座；（3）各提升点采用模拟钢绞线形式。即各个提升点采用一段长度为10m的圆钢，圆钢直径和弹性模量的选用分别按照实际的钢绞线的总面积和钢绞线的弹性模量。4.提升工况计算支座条件43提升点各点三向固定支座G点三向A-F单向钢绞线模拟A543756784781B335635342801C238321753033D632261976824E225922802256F131712591478G1963208020745.提升工况各支座条件下模型反力提升点各点三向固定支座G点三向A-F单向钢绞线模拟A5437446.提升工况结构整体变形情况6.提升工况结构整体变形情况457.提升工况结构整体应力情况7.提升工况结构整体应力情况46国家图书馆钢结构整体提升施工概况478.其他计算分析(1)提升平台设计计算

8.其他计算分析48(2)提升吊耳设计(2)提升吊耳设计49A点吊耳B点吊耳C、E点吊耳D点吊耳A点吊耳B点吊耳C、E点吊耳D点吊耳50六.提升施工控制方案吊点布置六.提升施工控制方案吊点布置51六.提升施工控制方案提升控制方案选择位置同步与载荷同步相结合的控制策略：核心筒内载荷同步，同时监控位移变化；核心筒间位置同步，同时监控载荷变化。六.提升施工控制方案提升控制方案选择52位置同步与载荷分配相结合的控制框图位置同步与载荷分配相结合的控制框图53动作同步的控制框图动作同步54八.提升施工国家图书馆钢结构整体提升施工提升距离为15.65m，超过设计标高600mm，钢结构整体提升施工共分为六个过程：试提升过程：2006年10月11日正式提升过程：2006年10月14日～2006年10月17日空中悬停阶段：2006年10月18日～2006年11月29日整体下降过程：2006年11月30日部分卸载过程：2006年12月18日最终卸载过程：2006年12月25日～2006年12月27日八.提升施工国家图书馆钢结构整体提升施工提升距离551号电梯井2号电梯井3号电梯井6号电梯井5号电梯井4号电梯井南提升架北提升架国图桁架全景图片1号电梯井2号电梯井3号电梯井6号电梯井5号电梯井4号电梯井56主桁架南侧立面图片主桁架南侧立面图片57南侧提升平台图片南侧提升平台图片58主提升平台图片主提升平台图片59南侧提升架图片南侧提升架图片60主桁架提升点图片主桁架提升点图片61四提升点图片四提升点图片62三提升点图片三提升点图片63两同提升量提升点图片两同提升量提升点图片64两不同提升量的吊点图片两不同提升量的吊点图片65单提升点图片单提升点图片66提升滑动支撑图片提升滑动支撑图片67提升长距离传感器传感器传传感器下部与桁架固定点提升长距离传感器传感器传传感器下部与桁架固定点68三千斤顶工作及固定图片三千斤顶工作及固定图片69四千斤顶工作及固定图片四千斤顶工作及固定图片70两千斤顶工作及固定图片两千斤顶工作及固定图片71提升泵站图片提升泵站图片72提升控制平台提升控制平台73钢结构提升前状态钢结构提升前状态74钢结构提升过程中状态钢结构提升过程中状态75钢结构提升结束后状态钢结构提升结束后状态768.1试提升和正式提升施工提升加载：按下列比例，进行20%、40%、60%、80%、90%、95%、100%分级加载；试提升过程利用应力检测手段，确定每次加载时间间隔。应力监测数据线布置温度补偿块应变片应力监测数据采集8.1试提升和正式提升施工应力监测数据线布置温度补偿块应77钢结构提升结构应力变化曲线钢结构提升结构应力变化曲线78八.提升施工8.2空中悬停提升到位后锁紧油缸下锚。钢结构与六个核心筒间在上下弦杆位置利用木楔楔紧，保持在原轴线位置。开始安装劲型柱和Y型支撑。八.提升施工8.2空中悬停79八.提升施工8.3整体下降整体同步将结构降至设计标高，与Y型支撑上口对接。八.提升施工8.3整体下降80八.提升施工8.4卸载钢结构卸载过程是指由提升系统受力向正式结构自身受力逐渐转化的过程。Y型支撑上口焊接完成后，进行下口焊接和提升系统卸载。卸载过程分为两步。八.提升施工8.4卸载81八.提升施工钢结构提升系统卸载工艺流程如下：钢结构整体下降→Y型支撑上口焊接→HJ-4立柱焊接、Y型支撑H型钢连梁焊接→卸载滑靴焊接→提升载荷调平下降→焊接连接板→提升设备首次卸载40％→正式焊接Y型支撑下口→提升设备逐级最终卸载。

八.提升施工钢结构提升系统卸载工艺流程如下：82九．小结通过系统细致的理论计算分析，依据理论分析科学地安排施工，确保了提升施工安全顺利完成。最终测量结果：提升后钢结构水平位移在3mm范围内，结构标高误差小于10mm，提升卸载时吊点载荷与理论计算值偏差在10％范围内。圆满完成了任务，达到了预期目的。九．小结通过系统细致的理论计算分析，依据理论分析科83

汇报到此结束感谢各位领导和专家！

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暨数字化图书馆工程钢结构整体提升86汇报内容一．工程概况二．施工方案的选择三．钢结构施工工艺流程四．提升施工特点、难点分析五．提升施工设备布置六．提升施工理论计算分析七.提升施工控制方案八.提升施工九.小结汇报内容一．工程概况二．施工方案的选择三．钢结构施工工艺流程871．建筑基本情况建设单位：中国国家图书馆工程名称：国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程建设地点：海淀区中关村南大街33号建筑规模：总建筑面积约为81310m2；其中地上建筑面积：37231m2，地下建筑面积：44079m2。一．工程概况1．建筑基本情况一．工程概况882．主要设计及参建单位建筑设计单位：德国KSP建筑设计有限公司结构设计单位：华东建筑设计研究院有限公司监理单位：北京鸿厦基建工程监理有限公司施工总承包单位：中铁建工集团有限公司2．主要设计及参建单位893．工程简介国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程主楼和地下车库两部分组成，主楼结构由地下三层和地上五层组成。该建筑基础底板标高－13.6m，钢结构屋面结构标高＋26.19m。主要建筑内容为密集型藏书库、阅览室、图书加工用房、学术交流用房、珍品图书保存库和展示厅、数字图书馆的大型计算机机房、数字资源存储机房、数字处理间等。3．工程简介90主体三层以下采用钢筋混凝土框架－筒体结构体系形成基座区，基座区长120m，宽90m。三层以上采用巨型钢桁架结构体系由36根钢柱承受其重量，外形尺寸116m×106m。南北向设有6榀巨型钢桁架，东西向设有4榀支撑桁架。基座区屋顶区钢骨柱核心筒主体三层以下采用钢筋混凝土框架－筒体结构体系形成基座区，基座91HJ-1HJ-1HJ-2HJ-2HJ-3HJ-3HJ-3HJ-3HJ-5HJ-5HJ-4HJ-4HJ-1HJ-1HJ-2HJ-2HJ-3HJ-3HJ-3HJ92主楼南北方向剖面主楼南北方向剖面93主楼东西方向剖面主楼东西方向剖面94HJ-3HJ-1、2WJ-1桁架结构HJ-3HJ-1、2WJ-1桁架结构95桁架节点桁架节点96钢桁架及主梁均采用箱型截面，桁架长116m，高10.04m,最重单榀桁架1100t,总工程量约13500t。钢板厚度范围主要为25～80mm，材质为Q345C，其中40～60mm板材Z向性能要求满足Z15，大于60mm板材Z向性能要求满足Z25。桁架杆件连接采用全焊接形式，各层主梁与桁架弦杆连接采用栓焊结合，焊缝等级为一级。钢结构工程主要构件截面尺寸构件名称截面形式截面尺寸桁架下弦箱形1500×1200×40×60桁架上弦箱形900×1200×30×60桁架腹杆箱形1200×600×（50～80）×（50～80）四层主梁箱形1500×600×25×60五层主梁工字形H485×300×16×30顶层主梁箱形900×600×25×60各层次梁工字形HM482×300、HN500×200、HW300×300Y形支撑箱形1200×600×（60～80）×（60～80）主劲性柱箱形1200×600×（40～80）×（40～80）钢桁架及主梁均采用箱型截面，桁架长116m，高10.04m972.1施工方案的选择本工程采用了巨型钢桁架体系，主桁架1.2m*106m*10.04m，重1100t,经深化加工图单个杆件最重61t，空中组拼难度较大。若采用常规的安装方法无法实现跨外吊装，跨内吊装吊车运行通道加固及桁架拼装支撑胎架费用惊人，施工安全难以保证且无法满足工程工期要求。结合本工程钢结构特点和通过对常规钢结构安装方法在本工程使用不利因素的分析，考虑到安装方案的可行性、安全性、经济性和施工工期。为保证钢结构整体安装质量和精度，本工程总体施工方案采用逆作法施工，钢结构采用“地面拼装，整体提升”的施工方案。二．施工方案的选择2.1施工方案的选择二．施工方案的选择982.2钢结构“地面拼装，整体提升”方案优点：（1）在地面上建立拼装平台,使结构构件的杆件利用工装、卡具和较小起重机，能准确无误地拼装在水平、轴线位置上；相对减少高空作业。构件所有节点均稳定地坐落在平台上焊接变形量小，施工质量及安全易于保证。（2）工作面大，工序间衔接较好，便于施工组织。（3）主钢构地面拼装完成后，建立了空中安装平台，对继续安装的四层、顶层次结构及五层构件提供可靠保障。（4）大型结构整体提升施工技术是一项新颖的结构安装施工技术，其采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升、机电液一体化的技术原理，实现同步升降、负载均衡、结构姿态校正、应力控制、操作锁闭、过程显示、故障报警等，施工安全有一定保证。2.2钢结构“地面拼装，整体提升”方案优点：992.3提升重量的确定工程总体施工方案采用逆作法施工，屋顶区钢桁架结构地面原位拼装完成后，再进行土方开挖、基础结构施工。经多方讨论研究，屋顶钢结构主要钢结构地面拼装，剩余构件在整体提升完毕以后穿插散拼。最终确定整体提升重量约为10388吨。桁架体系地面原位拼装后进行土方开挖，施工基础结构2.3提升重量的确定桁架体系地面原位拼装后进行土方开挖，施100四层提升构件四层提升构件主要包括主桁架、次桁架下弦杆件及四层主梁、悬臂梁等。2.4提升构件布置四层提升构件2.4提升构件布置1012.4提升构件布置屋面层提升构件屋面层提升构件主要包括主桁架、次桁架上弦杆件及屋架、屋面层主梁、悬臂梁、天井区次梁。2.4提升构件布置屋面层提升构件1022.5整体提升方案的确定确定总体施工方案后，共制定了四套整体提升施工方案：1）钢格构柱提升方案；2）混凝土框架柱提升方案；3）钢结构顶升施工方案；4）利用结构体系中的六个钢筋混凝土核芯筒做为主要提升平台，HJ-3端部设钢格构柱辅助提升的方案。经多方研究讨论最终确定第四种方案最为经济合理。顶升千斤顶2.5整体提升方案的确定顶升千斤顶103国家图书馆钢结构整体提升施工概况104国家图书馆钢结构整体提升施工概况105《钢结构整体提升施工方案》编制完成后，于2006年7月1日邀请了国内知名专家，召开了方案论证会，与会专家一致肯定了提升总体方案的合理性和可行性。2.6整体提升专家论证《钢结构整体提升施工方案》编制完成后，于2006年7月1日106论证会上与会专家和领导积极讨论论证会上与会专家和领导积极讨论107三．提升施工工艺流程·土方平整钢结构地面拼装基础施工拼装支撑桩施工钢结构地面就位拼装主体结构土方施工核心筒施工及提升平台施工提升设备安装调试试提升试下降，检查各提升设施状况正式提升安装第三节钢骨柱安装Y形支撑第一次下放，焊接Y形支撑上口首次卸载，焊接Y形支撑下口提升厂家确认提升设备制备提升吊架加工出厂检验提升设备基础施工提升塔架提升塔架加工提升塔架安装提升吊耳加工提升吊耳焊接最终卸载拆除提升设备三．提升施工工艺流程·土方平整钢结构地面拼装基础施工拼装支撑1084.1提升吊点的确定整体提升重量大，需提升结构面积广，钢结构构造复杂，杆件刚度差异较大，合理布置提升吊点，使提升施工过程中构件应力及变形在规范允许范围内，提升施工经济合理安全可靠。四．提升施工特点、难点分析4.1提升吊点的确定四．提升施工特点、难点分析1094.2提升重量重，面积大总的提升重量10388吨，在国内已建工程中还前所未有。本工程提升钢结构的尺寸为116m×106m，面积约12300m²。4.2提升重量重，面积大1104.3同一提升平台上各点的载荷在提升过程中波动较大在同一核芯筒上，各吊点之间的距离近，结构刚度大，对位置同步控制极其敏感。位置误差稍有差别，各点的负载将重新分配而发生较大的波动，可能引起结构的不安全。4.4同步控制要求高在提升过程中，各吊点之间的同步控制要求在10mm内；同时，同一核心筒上各吊点的载荷要控制在与理论计算基本一致的范围内。4.3同一提升平台上各点的载荷在提升过程中波动较大1114.5钢结构在提升过程中与核心筒间距近钢结构在提升过程中，其桁架与核心筒之间的最小间距理论上只有50mm；要求提升设备的安装须保证较高的定位精度。4.5钢结构在提升过程中与核心筒间距近1124.6空中悬停时间长钢结构提升到位后，需要在空中悬停近60天，进行钢结构劲性柱及Y型支撑安装等工序施工后,再整体下放就位。4.6空中悬停时间长1134.7整体下放600mm根据结构设计特点，在结构就位前，需要将结构整体下放600mm。4.7整体下放600mm1145.1提升施工组织机构国家图书馆钢结构整体提升组织机构框图结构变形监测组钢结质量巡视组提升平台变形监测组核心筒质量巡视组安全保卫组宣传组会务组钢结构保障组砼结构保障组水电保障组结构应力监测组结构计算组提升监控组控制操作组提升油缸组液压泵站组领导小组组长：郑勇提升施工指挥部指挥长：杨煜提升执行机构经理：王玉生砼结构质量安全组组长：吴长路钢结构质量安全组组长：张文学工程保障组组长：黄璞提升施工组组长：卞永明会务组组长：任为祥专家组组长：杨嗣信五．提升施工设备布置5.1提升施工组织机构结构变形监测组钢结质量巡视组提升平台1155.2提升吊点布置国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆屋架总重约10388t，采用28个吊点整体同步提升。其中，24个吊点分布在6个核心筒周围，编号为A-F；其余4点分布在两个格构柱上，编号为G。

核心筒编号吊点编号5.2提升吊点布置国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆屋116核芯筒编号钢桁架编号提升点编号提升点反力（单位kN）提升油缸布置提升能力（单位：kN）油缸储备系数/利用系数钢绞线安全系数核芯筒1HJ－1HJ－2A15601

2×3501×20090001.61/0.623.72B136352×35070001.92/0.514.45C127771×3501×20055001.98/0.54.6D167984×350140002.06/0.484.75核芯筒3HJ－1HJ－2A35601

2×3501×20090001.61/0.623.72B335732×35070001.96/0.514.52C328431×3501×20055001.93/0.524.49D368424×350140002.05/0.494.72各核心筒吊点布置信息核芯筒钢桁架提升点提升点提升油缸提升能力（单位：kN）油缸储117核芯筒编号钢桁架编号提升点编号提升点反力（单位kN）提升油缸布置提升能力（单位：kN）油缸储备系数/利用系数钢绞线安全系数核芯筒4HJ－1HJ－2A455882×3501×20090001.61/0.623.73B436222×35070001.93/0.524.46C428101×3501×20055001.96/0.514.54D468334×350140002.04/0.494.73核芯筒6HJ－1HJ－2A656092×3501×20090001.61/0.623.72B635912×35070001.93/0.524.46C627901×3501×20055001.96/0.514.54D667924×350140002.06/0.484.75核芯筒钢桁架提升点提升点提升油缸提升能力（单位：kN）油缸储118核芯筒编号钢桁架编号提升点编号提升点反力（单位kN）提升油缸布置提升能力（单位：kN）油缸储备系数/利用系数钢绞线安全系数核芯筒2TG3轴上HJ－3E128011×3501×20055001.96/0.514.56F114331×35035002.44/0.415.64G123022×20040001.74/0.574.07TG4轴上HJ－3E228151×3501×20055001.95/0.514.53F214011×35035002.49/0.45.76G224182×20040001.65/0.63.88核芯筒5TG3轴上HJ－3E328081×3501×20055001.96/0.514.56F314011×35035002.49/0.45.76G324192×20040001.65/0.63.88TG4轴上HJ－3E428021×3501×20055001.96/0.514.56F414321×35035002.44/0.415.64G422992×20040001.74/0.574.07合计101,63644×35020×2001940001.91/0.524.42核芯筒钢桁架提升点提升点提升油缸提升能力（单位：kN）油缸储119350T油缸:9台

200T油缸:2台

泵站:3台

压力传感器:3个

长距离传感器:2个

核心筒1、3、4、6提升设备布置350T油缸:9台

200T油缸:120核心筒2、5提升设备布置

350T油缸:4台200T油缸:6台

泵站:3台

压力传感器:3个

长距离传感器:4个核心筒2、5提升设备布置350T油缸:4台121行程传感器，测量油缸行程油压传感器，测量载荷长距离传感器，测量钢结构绝对位移各种传感器行程传感器，测量油缸行程油压传感器，测量载荷长距离传感器，测1225.3提升施工主要施工机械设备表

序号机械或设备名称型号规格数量国别产地制造年份额定功率KW生产能力用于施工部位备注1提升油缸350吨45中国02～05

350吨提升备用1台2提升油缸200吨22中国02～05

200吨提升备用2台3液压泵站80L/min18中国03～0450KW80L/min提升

4计算机控制柜同步控制型2中国03

提升备用1台520米长距离传感器20米30中国04

提升备用2台6油压传感器

30德国04

提升备用2只7油缸行程传感器

68中国04

提升备用4台8锚具传感器

135中国04

提升备用7只9地锚锚具350吨44中国02～05

提升

10地锚锚具200吨20中国02～05

提升

11安全锚具350吨44中国05

提升

12安全锚具200吨20中国05

提升

13监控仪器

2套中国

提升监控备用1台5.3提升施工主要施工机械设备表序号机械或型号规格数量国123千斤顶型号350吨200吨配用泵站80型额定提升吨位(KN)35002000额定油压(MPa)25活塞行程(mm)250250流量(L/分钟)80活塞面积m20.130.08质量(kg)2000额定油压(MPa)2525外形尺寸(mm)1200*1100*1700外形尺寸(mm)Ø635H1770Ø510H1700

钢绞线根数3119

穿心孔径(mm)270190

提升速度(M/小时)55

质量(kg)20001000

千斤顶安装尺寸Ø635H1770Ø510H1700

5.4主要机械设备性能表千斤顶型号350吨200吨配用泵站80型额定提升吨位(KN)1241.分析依据1）国家行业及地方标准：2)《国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆岩土工程地质勘察报告》3)风荷载:基本风压0.45kN/m24)地震相关参数:施工阶段抗震验算时，取10年一遇的地震烈度值进行验算。5)计算程序采用有限元分析软件Etabs、SP2000、ANSYS六．提升施工理论计算分析1.分析依据六．提升施工理论计算分析1252.计算分析工况工况1：钢结构地面拼装完成后基坑开挖完毕，基础底板尚未施工前的工况。工况2：提升过程中的工况。采用不同支座条件下模型的支座反力计算分析；某一提升吊点油缸退出工作时力的分配计算分析；各提升吊点之间的相对刚度统计计算分析；采用钢绞线模拟支座时各提升吊点相对A点允许最大位移计算分析；钢屋架提升过程桁架应力计算；工况3：提升完毕后搁置于提升平台上的工况。工况4：提升施工结束，型钢柱安装完成，混凝土1~3层结构尚未施工的工况。2.计算分析工况1263.结构计算模型3.结构计算模型1274.提升工况计算支座条件（1）各提升点采用三向固定支座（即限制提升点x、y、z向的平移，不限制转角）；（2）G点采用三向固定支座，A-F点采用单向（限制z向位移）支座；（3）各提升点采用模拟钢绞线形式。即各个提升点采用一段长度为10m的圆钢，圆钢直径和弹性模量的选用分别按照实际的钢绞线的总面积和钢绞线的弹性模量。4.提升工况计算支座条件128提升点各点三向固定支座G点三向A-F单向钢绞线模拟A543756784781B335635342801C238321753033D632261976824E225922802256F131712591478G1963208020745.提升工况各支座条件下模型反力提升点各点三向固定支座G点三向A-F单向钢绞线模拟A54371296.提升工况结构整体变形情况6.提升工况结构整体变形情况1307.提升工况结构整体应力情况7.提升工况结构整体应力情况131国家图书馆钢结构整体提升施工概况1328.其他计算分析(1)提升平台设计计算

8.其他计算分析133(2)提升吊耳设计(2)