中国建筑第八工程局天津分公司 天津市 300452
摘要：本文结合国家海洋博物馆具体情况，针对复杂钢结构形式下机电管线安装施工过程中遇到的困难，通过进行分类分析，解决了不同钢结构形式下机电管线安装难题。
关键词：大跨度钢结构、弧形钢结构、机电管线、管线安装
一、工程概况
国家海洋博物馆是我国首座国家级、综合性、公益性的海洋博物馆，建筑面积8万平方米，建筑层数4层，建筑高度达33.80m，结构类型为钢结构，外部为异型超高大跨度门式管桁架框架结构体系，内部为钢框架及桁架板楼板体系。整个建筑外形为四条“鱼跃”的造型组合而成，通过隐喻设计手法的运用，建筑造型既像跃向水面的鱼群、又好似停泊岸边的船坞、优美但不具象，柔美的曲线语言令参观者对海洋元素产生无限的遐想。
工程主体由四大场馆和中央大厅组成。钢结构总用钢量约为2万余吨，钢构件材质主要采用Q345B级钢及铸钢，钢框架结构体系：由工字柱、圆钢柱、箱型柱及工字梁、型钢梁组成钢框架结构体系。
二、工程特点及难点
国家海洋博物馆外形为各种不规则曲面，内部展厅多为高空间大跨度区域，外形的不规则以及内部大量悬挑空间导致机电管线可利用空间极为有限和狭小，为机电管线提出了更高难度的要求，机电管线安装施工难点主要包含以下方面：
2.1 异形狭小空间下管线综合排布
国家海洋博物馆首层主要为设备房间以及藏品库房区域，结构形式为工字钢结构，由于避难走道空间过于狭窄，而众多机电管线均通过首层走道，为机电管线安装施工提出很大难度；
2.2 搞空间、大跨度机电管线施工
国家海洋博物馆各个展馆包含大量展厅区域，展厅区域钢结构形式为门式桁架结构，门式钢桁架结构体系成拱型状横跨于楼层结构两侧。门式桁架最大跨度43.2m，最大倾斜度28.8度，结构最大悬挑长度为3号馆北端29m，展厅最大高度为33.8m。大跨度长悬挑高大空间的钢结构形式为展厅区域机电管线安装提出了巨大难度要求；
2.3 竖向弧形管线敷设
展厅门式桁架钢结构形式为不规则弧形，为保证虹吸系统效果以及达到美观要求，屋顶处天沟虹吸雨水管道必须根据门式桁架不同走向进行曲线安装施工，为虹吸管道安装施工提出了很大难题。
三、针对不同区域钢结构形式机电管线安装难题分类解决
3.1 大型工字钢结构下机电管线安装施工
针对海博首层工字钢结构形式下，狭窄走道内众多复杂机电管线的实际情况，迫切需要确定机电管线安装方式。
3.1.1 工字钢结构梁传统支架生根形式简介
工字钢结构梁传统支架生根形式不允许在钢结构进行二次焊接，只能采用机械连接方式，应用较为广泛的工字钢机械连接方式为梁夹式。工字钢梁夹式固定方式，如下图所示：
机电管线综合排布效果图
根据机电管线综合排布结果，最不利点综合支架自身与机电管线荷载综合约2t（约合20KN拉力），施工过程中动荷载将达到2.2t（约合22KN拉力），梁夹式固定单个节点可承受荷载如下表：
工字钢下翼缘深化节点图
方案确定后，选用螺栓受力荷载详见下图：
螺栓受力荷载表
经过钢构件复核计算，该支架生根方案单个节点可承受荷载为70KN，综合支架生根两个节点可提供荷载为70KN*2=140KN＞22KN，远远能够满足现场所需荷载要求。
在施工过程中，经过对施工细节不断深化，固定节点螺栓不采用栓帽而是根据专业受力计算，采用双螺栓进行固定，固定效果更加牢固；在工字钢开孔过程中，将磁力台钻倒置使用，既提高了施工质量又大大减少了施工难度，缩短了工期。
通过对钢结构梁下机电综合支架生根做法革新，解决了工字钢结构形式下机电管线施工难题。下图为现场施工及效果照片：
机电管线施工效果
3.2大跨度长悬挑高大空间门式桁架下机电管线安装施工
国家海洋博物馆展厅多为大跨度、长悬挑的高大空间，展厅门式桁架最大跨度43.2m，最大倾斜度28.8度，结构最大悬挑长度为3号馆北端29m，展厅最大高度为33.8m。如此高空间、大跨度、长悬挑空间在以往工程中十分罕见。
由于国家海洋博物馆独特的结构形式，高大空间区域机电管线无法进行支架生根固定，机电管线无法进行安装，结合现场实际情况，经过深入研究讨论，与澳大利亚COX设计方以及天津建筑设计院协商，决定引入“转换层”的概念——高大空间包含机电管线区域建议增设转换层，以解决机电各专业管线安装难题。
经过对相应位置进行深化后，建筑设计院对转换层结构受力进行复核，澳大利亚COX设计对转换层外观效果进行把控，终于将此难题攻克。转换层效果既得到了外方设计以及天津建筑设计院的一致认可。
转换层机电管线现场实施效果
3.3沿门式桁架曲线机电管线安装施工
国家海洋博物馆外形为不规则曲面，造型仿佛跃入水面的鱼群，这种不规则的曲面设计，大弧度门式桁架结构，为钢结构上方虹吸雨水系统施工提出了前所未有的难度。既要虹吸雨水系统运行效果又要保证管道系统隐蔽的要求，不能影响国家海洋博物馆整体效果
由于门式桁架钢结构不允许采用焊接固定，经过对管道支架生根方式筛选，从美观效果、可靠程度、使用效果综合考虑，最终决定采用抱箍形式，将支架固定点通过抱箍与门式桁架进行固定。
管道弧化处理效果图
经过方案深化讨论及现场实际调研，确定了最终方案，既实现了系统使用功能，又符合装饰对于虹吸雨水系统隐蔽于GRG包装体内的观感需求，达到了虹吸雨水系统功能与国家海洋博物馆装修风格的完美结合。
现场实施效果
四、结束语
通过对不同钢结构形式下机电管线安装方式的确定，解决了大型工字钢形式下，大跨度门式桁架下以及沿门式桁架方向弧形机电管线施工难题，取得了良好的实践效果和社会效益，促进了机电管线安装工程的发展。
论文作者:刘,宇,岳俊锋,宁长彬
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/7
标签：机电论文; 管线论文; 桁架论文; 钢结构论文; 形式论文; 荷载论文; 效果论文; 《防护工程》2017年第30期论文;