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第一节 建筑钢结构

2003/1/23 14:54:45

一、小南门警钟楼

清宣统二年(1910年)求新机器轮船厂,应地方绅士及救火联合会会长李平书等人士的要求,在小南门地段设计承造了救火瞭望警钟楼。以备及时报警。

整座楼高35.2米(11丈),分作6层,每层相距百级,共设3个小平台和一个大平台,第4层悬挂警钟。警钟口径l.52米(5英尺),高1.12米(3英尺8寸),重2150公斤(4300余斤),纯用响铜铸成,敲击时钟声洪亮,能传至数里之外。钟体同系求新厂铸造,因钟锤甚重,故专设机构击打。警钟楼皆用钢料制造,结构紧凑、布局合理,楼中央有螺梯,扶摇层累直上。四周皆为钢柱,顶部设有了望室,四周有窗,风雨不浸,观望视线极佳。此楼建造耗时6个月,于1910年10月30日建成。在此后数十年的南市地域的火情防范工作中,发挥了巨大的作用。

据史料记载:1911年11月3日,上海同盟会宋教仁等负责人组织的全市武装起义和后来中共中央决定举行的第三次武装起义,以及1927年3月21日,中共中央秘书长王若飞指挥的南市工人总罢工,皆以小南门警钟楼的钟声为信号,统一举事行动。此警钟楼,至今仍屹立在中华路小南门街道办事处的大院内。

[小南门警钟楼(救火会瞭望塔)]

二、钢结构厂房

民国23年(1934年),大中华造船机器厂承建南京电灯厂(今下关发电厂)厂房。1935年,承建南京永利硫酸铵厂全部钢结构厂房,先后建成该厂的硫酸厂房、煤气厂房、氰化合器厂房、硝酸厂房、高压厂房、制氩厂房、锅炉厂房、氩气仓库等,1936年9月全部竣工。永利硫酸铵厂对该厂承建工程,十分满意。

1961年初,中华造船厂根据中共上海市委要求,承接上海第五钢铁厂合金钢车间屋架工程,屋架跨度32米,钢结构件用料1300吨。是年3月底开工,4月底竣工。1981年,承建上海体育学院球房,钢结构用料190吨。

三、京城大厦

1986年,中国国际信托投资公司,为兴建一座56层高层建筑京城大厦,进行国际招标。沪东造船厂在船舶总公司、海洋石油平台工程公司的支持下,参与该工程的投标。在激烈的竞争中一举中标。京城大厦钢结构工程,由业主委托日本清水建设株式会社进行技术设计,船舶总公司第九设计院(下称九院)负责施工设计,钢结构设计重量为1.81万吨。京城大厦建在北京朝阳区亮马河畔,总高201米,总建筑面积13.5万平方米。其钢结构重相当于2艘3.6万吨货船的钢材加工量。超高层主楼,具有抗震性强,经济效益高等特点。

钢结构制作在工艺上有新的要求,对钢柱、钢梁、钢支撑等构件,工厂制订和确定了不同的工艺流程、加工工艺、装配工艺、焊接工艺、钻孔工艺、精度要求、工艺设备和验收标准。

大厦钢结构主要由钢柱、钢梁、钢支撑、剪力墙、防弯杆,钢架等构件组成,具有抗9级地震的立体钢架,构件之间的连接,有焊接和摩擦型高强度螺栓连接两种。整幢大楼有螺孔90万只,通孔率达到100%。钢柱有四种型式,钢板最大厚度为70毫米,钢柱总数为1562根。钢梁有焊接梁和成型梁两种,总数有1.1681万根。焊接梁面板最厚36毫米,复板最厚为19毫米。钢柱和钢梁由于结构复杂,精度要求高,施工时把每根钢柱和钢梁当作一个独立的产品,加工制作技术要求按九院编制的验收要求进行。钢结构的制作,实施了精度管理,构件的制作完工精度,均达到九院制订的构件完工精度要求。

经过2年多的精心施工,攻克难关,在1988年12月,胜利完成了近2万吨钢结构生产任务。

大厦钢结构有其工程规模大,技术要求高,合同时间短的特点。无论在进度和质量,都得到北京机械施工公司、北京市质量监督站、中国国际信托投资公司京城筹建处等单位、部门的好评。钢结构制作完成,填补了中国超高层建筑工程中钢结构制造的空白,为中国建立大型钢结构生产线积累了经验。为国家节约了500万美元资金。

四、佘山天文台观测室圆顶工程

1985年,江南造船厂建造佘山天文台观测室圆顶。该工程是中国科学院和上海市的重点项目之一。整个工程是由上海建筑设计院和上海机电设计院联合设计的。

直径为1.56米天体测量望远镜观测室球顶是国内首创的项目,设置在松江县内佘山山顶上,海拔为77米,从土建地面标高至球顶最高点为34米,球顶体身高度为18米,整个安装工程全部在山上进行。

佘山天文台观察室圆顶结构系钢架焊接,外复铝合金板,呈半圆球形,并敷有隔热层,内装饰镀塑钢板。室内有10吨行车,观测室能作360度旋转。观察室外径为18.8米,总重达150吨。

该工程于1984年6月初开工。考虑到务必赶上观察哈雷彗星,对原建造工艺方案作了多次讨论,提出了改革方案。将部分钢结构在厂内平台上试装后,拆卸送往工地总装,取消了直径18.8米土建平台,节约了劳动力和建筑材料,加快了建造进度,节省费用10多万元。同时,江南造船厂负责施工的职工,在讨论分析后,充分利用现有40吨橡皮吊车,接长吊杆吊装部件,又把吊装运输工作也承包下来,这样,缩短了总装周期,节约费用15万元。

直径18.8米的半圆球体,重量达150吨,并要作360度全回转,其导轨安装需要高质量。设计要求,导轨直径17.6米,中心误差±5毫米,水平误差度±4毫米。工厂抓住了此技术关键,在内场弯制导轨时,操作相当精确。导轨安装验收后,水平度误差±1.4毫米,中心误差达到±1.5毫米,安装精度超过设计要求。

在整个施工过程中,工厂重视产品施工质量,得到了中科院上海分院、上海天文台、上海建筑工业设计院和上海机电设计院的专家和设计师们的一致好评。上海天文台副台长兼总工程师朱能鸿高度评价该产品达到80年代世界先进水平。中科院、上海天文台对该工程质量评定意见称:“各项技术指标均达到或超过技术协议的要求,显示了工厂承担此种特殊工程方面有着巨大的潜力。”

五、北京天文台观测室圆顶工程

江南造船厂厂长孟辉与中科院北京天文台李峰于1986年12月22日草签建造北京天文台直径2.16米望远镜观测室圆顶合同。1987年6月开工。

直径2.16米望远镜圆顶工程的建造对发展中国天文事业,开展国际交流都有很大意义。该工程还被列入中科院“七五”计划的重点项目之一。

天文台观测室圆顶工程是1986年由中科院北京天文台,中科院建筑设计院、中科院自动化研究所等单位,在吸取了国内外同类圆顶的长处、结合国情设计而成。江南造船厂负责观测室活动圆顶的建造,并负责圆顶内部隔热装饰、内外密封部分的设计。

圆顶直径为22米,外观呈超半球体,设置在河北省兴隆县境内海拔近1000米的燕山余脉上,从土建标高到球顶最高点为38米,其中圆顶高为14.2米,总海拔标高为1052米。总重量为260吨,整个安装工作全部在山顶上进行,施工期为6个月。

观测室球顶为钢结构,构架焊接,下部采用22台传动小车作旋转,外表面复贴3毫米钢板,内部装饰采用最先进的复合夹心板。室内设有34吨行车一台,3吨悬臂吊车一台,以及为观测人员使用的液压升降平台一座,观测室可随望远镜作360度全方位同步旋转。

1987年至1988年初,为工厂施工制造阶段。由于现场远离工厂,为确保工程顺利完工,1987年4月施工人员赴兴隆工地现场察看,与北京天文台一起商量工地的吊装方案、运输车辆以及氧气和乙炔的供应等。

1988年5月,第一批施工人员进入工地,6月11日,22台双导轮子车吊到轨道上定位,标志着工程的全面展开。6月13日吊装钢环大梁。焊装曲梁、焊装外蒙皮工作直到9月2日结束。机械分厂负责安装调整天窗导轨,综合车间负责安装上下天窗导轨和内装饰。

1988年10月30日,圆顶传动通电转动。由于设计问题的不断修改,加上部件发运脱期,影响了当年完工的计划。11月初,工地气温达到零下10℃,无法进行调试工作。

1989年3月,施工人员再次赴兴隆工地,解决去年遗留工作以及客户新增加的15项改装项目。为了保证整个工程在国庆节投入使用,施工单位编制了阶段计划大节点网络图,及时协调上下道工序的衔接与其它单位的施工配合。

3月初,安装调试了室内34吨行车,并投入使用。3月24日起吊液压升降台,安装3吨悬臂吊车等工程。4月20日,工程基本完工,进入全面调试阶段。5月27日逐项向用户提交验收。6月22日扫尾工作全部结束。

根据原设计要求,行车负重为43吨,为了确保望远镜安装质量,南京天文仪厂提供最大部件重52吨,超过了原计划的吊重负荷,经中科院、北京天文台、建筑设计院等有关人员讨论决定进行试吊。6月23日开始吊重试验,7月6日凌晨1时完成吊重试验,经航天部304所经纬仪测定和北京起重研究所应力测试仪测定,整个圆顶无出现异常变形。

该工程设计和制造的特点:大型钢结构如环梁、大拱梁焊接后,整体钢结构采用振动方法代替传统退火工艺消除内应力的方法,使整个钢结构整体性好,负重能力有很大提高;天窗、风帘采用了平衡重传动形式,在国际上还是首次使用。任何位置均保持力的平衡;圆顶内层隔热材料,首次采用具有外表美观、隔热、保温性能好的聚丙烯夹心板新型材料;圆顶外蒙皮采用3毫米厚弧形状钢板焊接而成,弧线光顺、美观,强度高;导轨采用拆卸式,可以分段吊装,可调性好;采用向心式传动小车,负重分布均匀,安装、维修方便;圆顶传动摩擦橡胶轮装有卸荷装置,摩擦板使用寿命长;圆顶传动装置可无级调整,运转平衡,噪音低;采用国内首创的液压升降台,平台直径为10米,成2个半月形,起升高度为4米,载荷10吨,替代以往观测人员所用的梯子、工作台等。

1989年11月13日,北京天文台兴隆观测站举行直径2.16米望远镜圆顶工程落成典礼,国务委员、国家科委主任宋健代表国务院到会祝贺。对江南造船厂制造和安装的工程质量作了高度评价,赞扬江南厂为祖国的天文事业作出了重大贡献。

中科院秘书长岳致中和北京天文台台长李启斌称赞说:“在国外也很少见到这么平稳、低噪音的天文台圆顶。”

[北京天文台观测室圆顶工程]

六、葛洲坝二号船闸

葛洲坝水利枢纽二号船闸中的人字门是葛洲坝二、三江工程通航的关键设备,中央领导强调要保证通航,水运不能受到影响。人字门的设计是参照世界上最大的船闸——美国威尔逊船闸的人字门,并采用了国际先进的钢止水。1976年4月由长江流域规划办公室负责施工设计,江南造船厂与330工程局派员参加设计。1978年3月底开工制造。

二号船闸人字门,分上下闸,首两对,共四扇门。上闸门高度为13.48米,宽度为19.70米,厚度为2.7米,约重180吨;下闸门高度为33.97米,宽度19.7米,厚度2.7米,约重570吨,是当时世界上最大的人字门之一。门体结构作了重大修改,以横向结构为主。上闸门由七道水平主梁、六道水平次梁、五道纵梁、十二道次纵梁,以及两侧门轴柱、斜接柱、门板等结构组成。下闸门由二十三道水平主梁、二十九道水平次梁、五道纵梁,以及两侧门轴柱、斜接柱、门板等结构组成。

门体建造在施工上选用了边柱和门体中段(平直部分)分开制造,然后合拢成整体的制造方法,即:门体按原设计沿水平方向分块,上、下闸门人字门分成三块和十块在工厂制作。门体分成门轴柱、门体中段、斜接柱等三大段,三大段各自分成相同数的若干段,并在各自胎架上装焊。然后,在门体的总装胎架上,以门体中段为基准,门轴柱、斜接柱分成数段依次与门体中段合成整体,最后将门体分块运往工地安装。在焊接工艺上采取预变形、合理安排焊接顺序,以控制焊接变形。具体从以下几方面考虑焊接工艺的编制:尽可能考虑焊接时焊缝的变形能自由进行,收缩量大的焊缝先焊接,对称焊缝由成双的焊工对称进行,长焊缝焊接时采用从中间向四周进行焊接。该厂船体车间工程师石荣金借鉴造船施工工艺要求,编制了人字门加工拼装工艺,编绘了焊接工艺顺序图,采取了反变形的措施,成功地控制了结构的焊接变形,有效地提高了门体的精度。

1978年12月7日,水电部、六机部委托330程局在苏州召开“葛洲坝二号船闸人字门门体制造鉴定会”,会上对上闸门人字门的实测结果逐项进行鉴定。从13项公差要求中,11项达到或高于设计要求,仅门高超差和顶底主梁两端距离差超差。但这两项超差不影响门体质量。会上,对江南造船厂在制造人字门的过程中,工艺作风严细、门体质量良好,同意验收出厂。1979年9月发运工地,11月开始安装,1980年初完工。1985年8月,葛洲坝船闸管理处对二号船闸下闸门人字门使用后提出验收意见,指出能从严从难要求积极采取合理的工艺措施,几个主要技术参数的检测值都是满意的。对整个二号船闸经过4年多的运行,认为焊接质量好,各分节的几何形装、焊接变形、整体组装后的框架结构、门体扭曲、刚度及承压条的平直度等,均符合设计要求。

二号船闸大型人字门的优质建成,证实了“边柱和门体中段分别制造,然后合成整体”的施工方案是行之有效的,为今后制造大闸门提供有益的经验。

1986年12月,葛洲坝二号船闸人字门“门体结构的重大修改方案”获得国家重大科技改革成果奖;“门体建造方案和工艺”获得国家重大技术进步三等奖。

[船闸场景]

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