服务项目
九华山超高佛像
作者来源:安徽加固协会 发布日期:2016-08-10 14:03:27 点击率:2377

 

 

   九华山超高佛像依山建造,像体轮廓丰富、尺寸变化幅度大、壁板运输和安装存在诸多技术难题。工艺以及佛教教义要求铜壁板不能有开口,因此普通附着式脚手架不能满足本项目的施工安装要求。综合考虑像体轮廓尺寸、地理位置、施工工艺等因素,本工程首创了新型的自平衡环形空间外承力刚架结构体系。 

   该项目针对超高佛像营造特殊要求,开展了基础研究、数值模拟及技术攻关,构建了九华山超高佛像营造技术体系,开展了耐蚀亚金新型材料及巨型铜像制作工艺,获得了四项发明专利及省级标准等,项目的研究成果为九华山超高佛像营造提供了技术支撑。该研究成果在九华山超高佛像工程中得到成功应用,并推广到江泰州三面药师佛铜像、青岛崂山老子铜像等项目的营造中,形成了极大的社会效益和经济效益。

 

2.3 自平衡环形空间外承力刚架体系研发与比选

2.3.1 自平衡环形空间外承力刚架体系的研发

九华山超高佛像的营造具特殊性:

1)像体轮廓丰富、尺寸变化幅度大,施工需要保证极高的精度要求;

2)铜像位于安徽池州青阳县柯村镇狮子峰地段,地形复杂,大型施工机械难以进场施工作业;

3)拼装佛像铜壁板时,工艺要求佛像不能有任何开口,施工安全难度非常大。根据这些要求,设计了三种方案进行比选:方案一:脚手架体系;方案二:方形轮廓格构承力刚架体系;方案三:圆形轮廓自平衡环形空间外承力刚架体系。三个方案的刚架体系的立面和剖面示意图分别如图2.1~2.3所示。

a)立面图      b)剖面图

2.1脚手架体系(方案一)

a)立面图                    b)剖面图

2.2方形轮廓格构承力刚架体系(方案二)

a)立面图               b)剖面图

2.3圆形轮廓自平衡环形空间外承力刚架体系(方案三)

    对于方案一,脚手架体系需要依附于已建成的刚度大的结构,即脚手架所承受的施工荷载由目标结构承担,需要在佛像主体上多处开洞以搭建脚手架。由于佛像的特殊性加上拼装铜壁板时要求佛像不能有开口,所以脚手架体系不能满足要求。

    对于方案二,方形轮廓格构承力刚架体系能够独自承受施工荷载,其结构体系也比较规则。为了保证其抗风能力需要多个格构刚架协同受力,但其造价高、施工周期长、占地面积大。

    对于方案三,圆形轮廓自平衡环形空间外承力刚架体系为课题组研发的新型结构体系,其径向的环形结构能够很好地抵御各方向的侧向风荷载,并且造价低,施工快捷,占地面积小。这三种结构体系的特点如表2.1所示。

2.1 三种刚架方案的综合性能指标比较

结构方案

工程要求

安全性

经济型

施工条件

脚手架体系

较难满足

一般

一般

方形轮廓格构承力刚架体系

满足

中等

一般

圆形轮廓自平衡环形空间外承力刚架体系

满足

 

2.3.2自平衡环形空间外承力刚架体系性能的优化

    针对超高佛像造型的特点:莲花底座平面面积较大、上部身体截面面积较小的特点,对自平衡环形空间外承力刚架体系进行多次结构优化。通过设置转换层网格,使得外承力刚架能够更紧密地设置在大佛铜像周围,从而降低施工难度和节省材料。优化方案从三个方面开展:

1)结构立面优化

    当外承力刚架体系的横截面从方形轮廓改成圆形轮廓后,由于抗侧向位移能力的增强,可以对立面的并联格构网架进行优化。优化的过程根据佛像的轮廓、受力的分布进行调整,通过适当加强主要承力构件来减少立面的网格构件。立面优化步骤如图2.4所示。

2.4自平衡环形空间外承力刚架体系的立面优化示意图 

2)平面优化

    同立面优化过程,在径向平面上,通过适当加强环向承力构件来减少网格构件的环数;在佛像的锡杖部位安装时承受的荷载较大,适当调整和增加部分承力构件,改善此局部的受力性能。平面优化的结果如图2.5所示。

平面优化

 

2.5自平衡环形空间外承力刚架体系平面优化示意图

3)节点优化

    在脚手架结构体系中,连接节点大多采用碗扣式连接节点。由于自平衡环形空间外承力刚架体系需要完全承担施工荷载,节点连接的杆件较多、较复杂,所以碗扣式脚手架难以满足要求,根据最终的优化设计与计算结果针对性地对节点连接进行了优化。

2.6脚手架碗扣式节点示意图

    最终优化的节点中,竖向主要承力构件之间采用法兰连接,水平构件通过连接板与竖向承力构件连接,部分拉杆通过柔性支撑连接板与相应的承力构件连接。这种节点连接形式能够克服连接杆件过多而空间不够的问题,其杆件之间连接性能优于碗扣式连接,具有可拆卸、易装配、避免应力集中、符合强节点弱构件的特点,解决了99米超高佛像自平衡环形空间外承力刚架体系杆件交汇处节点连接的难题。

2.7自平衡环形空间外承力刚架体系的关键节点

    超高佛像工程中自平衡环形空间外承力刚架体系设计的目标是为建造佛像服务,它不同于脚手架结构体系依附于已建成刚度大的结构:脚手架所承受的施工荷载由目标结构承担;在本工程中由于佛教造像的特殊性,在已建成的佛像上不能开孔,所以外承力刚架必须实现施工荷载由自身承担的目标。为了实现这个目标,环形外承力刚架体系在外部荷载作用下需要达到自平衡,而且结构体系应该能够实现安全、经济等方面功能。

    在最终的优化方案中,外承力刚架在总体上作为一个筒体结构,能够很好地抵抗侧向力作用(主要是风荷载和拔杆体系产生的水平荷载),形成筒体的筒壁由空间桁架结构组成,具有很好的整体及局部稳定性,完全满足自平衡的功能要求。最终完成的自平衡环形空间外承力刚架体系如图2.8~2.9所示:

(a) 侧断面图                   (b) 正立面图              (c)计算模型图

2.8 自平衡环形空间外承力刚架体系

 

a)底层                      b)上部标准层

2.9自平衡外承力刚架平面图