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清华大学建筑设计院荣膺中国建筑金属结构协会科学技术奖一等奖
发布日期 : 2021-06-08 15:23:02 点击数:
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5月28-29日,2021年全国建筑钢结构行业大会在武汉召开,清华大学建筑设计院作为第三完成单位参与的项目“大跨度空间钢桁架在文物保护工程中的建造技术研究”荣获中国建筑金属结构协会科学技术奖一等奖。

安阳高陵本体保护与展示工程

获奖情况

奖项:中国建筑金属结构协会2021年度科学技术一等奖

项目名称:大跨度空间钢桁架在文物保护工程中的建造技术研究

申报单位:上海宝冶集团有限公司

其他完成单位:清华大学、清华大学建筑设计研究院有限公司、中国农业大学、郑州宝冶钢结构有限公司、北京科技大学

主要完成人:陈桥生、顾卫东、白文化、马智刚、朱博莉、高珺恺、连厚舫、唐兵传、剧锦三、王雄、杨振清、申新波、张启涵、霍亚威、黄永周

该研究项目以“安阳高陵本体保护与展示工程”为依托,结构设计严格遵循文物保护工程“最小干扰”原则,提出了周边支承大跨度空间钢桁架设计方案,为文物本体提供了可靠的保护环境,建筑意向呈现汉代帝王宫殿的恢宏意向,达到技术与艺术的完美统一;为了“最小干扰”文物,提出了钢屋盖双滑道、超大跨度滑移施工技术。在屋盖结构滑移最前端上部位置设置临时巨型加强桁架,形成了有效的空中移动加强端,解决了滑移过程结构前端挠度过大及应力超限等难题;建立了整体结构滑移一体化协同时变有限元分析模型,对钢屋盖结构的拼装、滑移、卸载以及支座固定过程实施了连续精确模拟分析。整体、连续、协同分析模型实现了钢屋盖拼装、滑移、卸载、支座固定及外部作用之间“力”和“形”的无缝对接,计算结果准确可靠与施工监测数据吻合良好。

“安阳高陵本体保护与展示工程”是现代结构技术与文化遗产保护相结合的典范工程,源于工程实际问题的建造技术研究从大结构-大系统的理论高度为类似工程提供了技术指引。本次荣获科学技术奖,将进一步促进设计院在文化遗产保护领域的快速发展和提升。

安阳高陵本体保护与展示工程

Anyang Gao Mausoleum Protection and Exhibition Project

项目地点丨河南省安阳市

建筑类型丨遗址保护设施

设计单位丨清华大学建筑设计研究院

建设单位丨曹操高陵管理委员会

施工单位丨上海宝冶集团有限公司

获奖情况丨第十四届第一批中国钢结构金奖工程

项目负责人丨崔光海

建筑设计丨李  京 程礼斌 汪  静 沈  晨 韩  婧

结构设计丨马智刚 李青翔 刘培祥

给排水专业丨刘福利

暖通专业丨贾昭凯

强电专业丨崔晓刚

弱电专业丨郭红艳

景观设计丨张  磊 许虹雨

摄影摄像丨白文化 马智刚 朱明夏

安阳高陵本体保护与展示工程位于河南省安阳市安阳县安丰乡西高穴村,建设单位为曹操高陵管理委员会。安阳曹操高陵于2008年12月起开始抢救性发掘,依据考古出土文物、墓葬形制规模,并结合文献,判定墓主是东汉末年丞相、魏武王曹操。2010年6月11日,安阳曹操高陵入选“2009年度全国十大考古新发现”之首,2013年5月成为第七批全国重点文物保护单位。考虑到曹操在中国历史上的影响力和唯一性,安阳曹操高陵遗址的重要性不言而喻。

本工程由遗址博物馆(A区)、遗址展示厅(B区)和能源中心(C区)三部分组成,总建筑面积32500平方米。

A区遗址博物馆平面呈长方形,建筑长约136m,宽约76m;B区遗址展厅,平面为长方形,屋盖边缘尺度为160m x 140m ,檐口高度11.4m;C区能源中心平面呈长方形,建筑长约58m,宽约30m,为设备机房集中区。

建筑A区、B区、C区分布图

A区钢框架结构模型

C区钢筋混凝土框架结构模型

B区结构模型(140m×160m钢屋盖)

本工程总体尺度大,结构跨度大,存在错台、层搭等复杂关系,设计施工难度大,为遗址本体正上方进行建设的空间大跨重型钢结构工程。为确保结构计算安全,设计中采用了midas、yjk、ansys等多种软件进行相互校核验证。

A区遗址博物馆为钢框架结构,C区能源中心采用混凝土框架结构。B区大跨度屋盖采用正交正放钢桁架,钢屋盖支撑在周边30根混凝土柱上,混凝土柱基础采用人工挖孔桩,桩长18m,根据受力不同,采用不同扩底直径;承台采用偏心设置方案,既有利于躲开遗址本体,又大大提高了基础的抗推抗弯能力。B区屋盖为四坡屋顶,钢屋盖桁架上弦存在非常复杂的空间关系,对精确放样、构件加工精度和现场焊接质量提出了高要求。

为最小干扰文物,对大跨屋盖进行高空累积滑移安装。采用两条轨道(轨道间距119m)对重达5000多吨的钢屋盖进行同步滑移,并对施工进行全过程监测。为确保施工过程安全,总包单位联合清华大学等单位进行科研攻关,建立了整体结构滑移一体化协同时变有限元分析模型,对钢屋盖结构的拼装、滑移、卸载以及支座固定过程实施了连续模拟分析。大结构-大系统的时变力学分析模型实现了施工全过程的完全精准计算,模拟结果与施工监测数据吻合良好。

一体化协调时变有限元模型

本工程涉及专业多,协调难度大,质量要求高。工程的顺利实施,为类似文物保护工程的建设提供了宝贵的实践经验。

B区屋盖滑移施工过程照片©白文化

B区钢屋盖安装就位后照片©马智刚