将国家图书馆的万吨钢结构屋顶整体提升15.6米，需要的不仅仅是力量
　　
　　吴长路相信事情一定毫无悬念。
　　2006年10月14日，北京市中关村南大街边，一个1万多吨的钢桁架正在以平均每小时2到3米的速度上升，它升高得如此平稳，以致街上的行人根本察觉不到。更让行人不会想到的是，这个工程的钢结构同步提升重量为同领域里的世界第一。
　　然而，对于中铁建工集团中国国家图书馆二期工程项目部的总工程师吴长路来说，这似乎没什么难的。从上午8点的各种仪器、场地和设备检测开始，到下午5点半提升正式完毕，一切都在吴长路的掌控之中。
　　
　　巨颅逆作法
　　
　　2006年10月14日上午9点24分，北京的“秋老虎”来势凶猛，清晨倍感寒气逼人，而砼结构检查组的副组长胡攀高却热得脱去了一件外衣。为了随时监控提升平台混凝土裂缝的变化，他已经在4号钢骨架（即核心筒）上钻了13回油缸了。
　　如果混凝土的裂缝宽度超过预定的界限，证明提升平台不能承受强大的压力，提升过程就必须停止，而一旦停下来，此次提升不知将顺延到何时。
　　能够让提升过程停止的因素还不仅仅是这一项。6个电梯井筒与巨大的钢桁架之间的间距最多只能有5厘米，提升过程中如果不能做到平稳和同步，就会使钢结构与核心筒发生摩擦碰撞，只能中途叫停。还有钢结构的变形问题，如此的一个庞然大物，被悬吊在空中，如果变形过大，就必须重新进行焊接。
　　为了随时监测这些变化，吴长路匆匆吃过午饭就又回到了现场。27米高的6个核心筒，每个他都要察看询问一遍。
　　现状如此艰难，为什么中铁建工集团项目部一定要选择提升呢？下面的工程完工后再进行空中拼装不好吗？
　　原因很复杂也很简单。
　　2000年，国家将修建国图新馆列入了“十五”规划中的重点文化工程，因为修建新馆已成为亟待解决的问题。虽然国图主馆和文津街分馆的总馆舍面积已经达到了17万平方米，可以容纳2000万册藏书，日均接待读者量约7000人次，但是到了2002年年底，国家图书馆的实际日均接待读者量已达13600人次，藏书超过了2700万册，远远超出了当初的设计能力。
　　2001年11月，从国家图书馆二期工程暨数字图书馆工程完成立项开始便引来了无数国内外设计师的目光。2003年初设计方案揭晓时，38家报名单位中，来自德国的ＫＳＰ恩格尔·齐默尔曼建筑设计有限公司和华东建筑设计研究院有限公司联合体的5号方案中标。
　　虽然中标方案拥有建筑高度低、运行成本低、与现有图书馆群体建筑比例协调、体量合适等诸多优点，但让人挠头的是，它拥有一个巨大的“头颅”。
　　这个巨大的“头颅”即地上第4层和第5层的全钢结构屋顶区。它长116米，宽105米，高10.04米，总重量10388吨，标高26.19米。工程整体平面呈长方形，东西向120米，南北向90米，建筑总高度约27米，地上3层以下由钢筋砼框架筒体结构形成基座区。
　　巨大的“头颅”坐落在6个核心筒上，核心筒之间跨度长达70多米，且单根钢梁中最重的达50多吨，全部吊在高空进行拼装，最大的问题在于不易保证质量。
　　假如在高空进行对接拼装，则在外围吊装需3800吨以上的起重设备，而目前国内最大起重机只有1200吨。不仅如此，在高空散拼构件，焊接变形无法控制，安全性、经济性和施工难度的都不可预见，假如用这样的方法，那么吴长路要随时做好“下岗”的准备。
　　更实际和保证质量的做法是采用“逆作法”。
　　所谓“逆作法”，就是首先在自然地面做上支撑桩及支撑平台，接着在支撑桩上拼装完成钢桁架。然后进行地下室土方开挖及地下钢筋混凝土结构施工，待6个钢骨砼体结构施工至设计标高后，通过64个提升油缸及计算机控制系统整体提升钢结构。最后完成地上1至3层的钢筋混凝土结构施工，然后与钢结构进行整体连接形成主体结构。
　　我们可以简单地将“逆作法”分为五步：第一步在地面拼装完成钢结构，第二步进行地下3层结构施工，第三步钢结构整体提升，第四步进行地上1至3层结构施工， 第五步，完成钢结构与地上3层之间的对接。
　　第三步中需要整体提升的钢结构重量是10388吨，这占据着同领域内的世界第一。国内在此之前的最高纪录是1995年上海大剧院6075吨的钢结构，国际上的则是1997年日本名古屋体育馆的10300吨钢结构。
　　
　　15.6米的行程
　　
　　俗语说：“兵来将挡，水来土淹”。“逆作法”中已经遇到和将会遇到的种种难题，在总工程师吴长路看来，全部都是“纸老虎”。
　　为了控制混凝土的裂缝宽度，每一个核心筒上有裂缝的地方已经全部用红点标出，大裂缝处更是划了圈编了号，提升平台上也增加了型钢以抵抗可能过大的压力。
　　


　　下午1点34分，在提升现场，钢结构提升保障组的组长黄璞告诉《建造师》，截至目前，提升平台梁的变形不大，全部在可控范围8毫米之内。
　　“拼装过程中，最大的难度是在厚板焊接，4到8公分厚的钢板，光焊接的材料就重350吨。”吴长路告诉《建造师》。的确，15.6米高的提升行程看似并不让人畏惧，但对于1万多吨的钢架来说，每一步都会异常艰难。假如焊缝太厚会影响母材，太薄则强度达不到要求，有脱落的危险，因此项目部和设计院再三商量之后决定定焊厚为3公分，同时要求主焊缝节点区焊缝等级为I级, 其余焊缝为II级，隔板焊缝为I级。并且在焊点加上隔板，保证从底到顶都有隔板，以确保钢结构的少变形不脱落。
　　空隙的保证对钢结构的提升也至关重要。因此，精密的操作和精密的监测就必不可少。
　　为了确保5厘米的间距，又考虑到胀模的问题，通常的混凝土规范是要求垂直偏差3毫米，吴长路要求只能向内偏。“测量的控制非常关键。如果间隙太大，钢结构和核心筒的间隙是固定的，那就要减薄电梯井筒的墙体，但这样安全就会受影响。”吴长路说。
　　操作人员的素质当然要最好的。一般的工程，每个塔吊配备最多2个信号工，而这个工程则最少是3个，一个在钢架上指挥，一个在起吊点，还有一个在材料装卸地。由于下料口在钢桁架间隙中，因此所有的动作必须要准确到位。在国图工程上的信号工除了必须持有上岗证之外，还要参加项目部的考试，合格才能上岗。30多个参加考试的信号工中项目部只选了16个。
　　地面的支撑桩要起着支撑1万多吨钢材的作用，因此在地下室的土方开挖过程中，必须为支撑桩留下支撑柱。由于钢结构的空隙不允许机械成孔，所以地下28米深的支撑柱全部采用人工挖孔，工人们的辛苦可想而知。
　　
　　登顶
　　
　　下午4点07分，中关村南大街的天桥上，街上的行人终于知道了钢桁架正在上升，纷纷驻足观看。在4号提升平台上的18岁的河南小伙子刘柱正在和其他人一起将伸出的12米多的钢绞线向外侧拉，以保证钢绞线向上提升顺利。液压泵站正在发出震耳欲聋的轰鸣，使得人和人说话必须凑得很近，此时的胡攀高已经连续察看了7个多小时的裂缝变化了，但他现在已经是满怀信心了。
　　负责整体提升的联合体之一北京市机械施工有限公司的王建平说：“所有提升设备已经联控了，所有部位都有监测点，每个点上4到5人。设备最大提升重量是18800吨左右，储备能量很大。所以我们一点都不担心会出什么问题。”
　　即使真的出现问题，应急预案也早就有了。项目部的总指挥长杨煜介绍，如果当天天气恶劣，则停止施工；如果临时停电，则油压千斤顶的安全锚就会自动全部锁定，钢结构提升自动停止。同时项目部的提升荷载是以北京地区十年一遇的地震和有史以来的最大风力来进行计算的。因此假如施工过程中突遇大风或者地震，也完全不会导致损失。
　　提升整个钢结构就像“从井里打水一样”。钢绞线就像井绳，钢结构就是水，油缸就像人的胳膊，唯一不同的是油缸需要液压泵站为其提供动力。油缸的一个行程是25厘米。
　　在提升过程中，最困难的就是如何掌握整个钢结构的平衡。“钢结构的长和宽都在110米左右，为了保证平衡,我们设计了64个提升点，这些点必须保证在同一时间上升同样的高度，因此我们通过计算机和油压供油控制。”业主方的项目总工程师高岩这样说道。6个钢骨架上，64个提升油缸（其中44台350吨位的，每吨31条钢绞线，20台200吨位的，每台18根钢绞线）提供强劲的动力，144条传感器连在钢绞线上，跟随钢结构一起提升，计算机控制柜随时监控每个油缸的进程，保证提升的同步精度5毫米，提升速度约为每小时3米。
　　就这样稳稳地到了下午5点半，10388吨的钢结构终于成功“登顶”，劳累了一天、平均每个钢骨架爬上爬下两次的吴长路今晚终于可以好好睡一觉了。
　　再经过40至50天的悬停后，钢架还要稳稳的落下60厘米。“这就像3个人挑水一样，向上抬的时候你慢了我可以停下等你，但是向下落的时候，有一点慢了，后果就不堪设想了。”负责整体提升的上海同新机电控制技术有限公司的总经理郑飞说。
　　建成后，新的书库可满足未来30年藏书的需要，增加读者座位2900个，日均接待读者能力可达8000人次。并且，国家图书馆的馆舍总面积将仅次于法国和美国，跃居世界第三位和亚洲第一位。
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