馬智剛，賈振林，田文靜，趙曉雷，孟凡磊

（1.清華大學建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100084;2.曹操高陵管委會，河南 安陽 455000）

1 工程概況

安陽曹操高陵本體保護與展示工程位于河南省安陽市安豐鄉(xiāng)西高穴村南側(cè)。場地北側(cè)為西高穴村，東南側(cè)為東高穴村，西側(cè)為取土坑及農(nóng)田，南側(cè)為農(nóng)田。

安陽曹操高陵墓葬于2008 年12 月起開始搶救性發(fā)掘，依據(jù)考古出土文物、墓葬形制規(guī)模，并結(jié)合文獻，判定墓主是東漢末年丞相、魏武王曹操。

2010 年6 月11 日，安陽曹操高陵入選“2009 年度全國十大考古新發(fā)現(xiàn)”之首，2013 年5 月成為“第七批全國重點文物保護單位”?？紤]到曹操在中國歷史上的影響力和唯一性，安陽曹操高陵遺址的重要性不言而喻。

安陽曹操高陵是以研究中國歷史上著名政治家、軍事家、文學家曹操為代表的三國歷史人物以及宣傳歷史文化的重要載體，安陽曹操高陵及其周邊區(qū)域也將被打造成為一個集社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益為一體的三國文化遺址公園，成為安陽市文化旅游的新名片。

本保護工程建成后將成為研究三國文化及漢魏歷史的一個重要平臺。

安陽曹操高陵本體保護與展示工程地上1 層，局部地下1 層。地上為錯臺建筑，根據(jù)建筑功能劃分為3 大部分：A 區(qū)遺址展館、B 區(qū)遺址保護棚和C 區(qū)能源中心，總建筑面積32 500 m2（見圖1）。

圖1 曹操高陵建筑效果及分區(qū)圖

安陽曹操高陵本體保護與展示工程采取對曹操墓遺址（M1 和M2）進行整體遮蓋保護的設(shè)計理念，遮蔽與覆蓋遺址及其周邊必要的范圍，最大程度上減少對遺址的潛在破壞與干擾，為遺址本體提供利于其保存的室內(nèi)穩(wěn)定環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上增加展示功能。為與后續(xù)遺址發(fā)掘及保護工作銜接，采用封閉與半開放結(jié)合的空間設(shè)計手法，既為參觀人群提供充分的觀賞條件，又有效保護遺址本體不受游客參觀活動的負面影響。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 基本參數(shù)

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100 a，結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期5 a，結(jié)構(gòu)設(shè)計耐久性年限100 a，結(jié)構(gòu)安全等級一級，建筑抗震設(shè)防類別乙類?；撅L壓（100 a 一遇）為0.55 kN/m2，基本雪壓（100 a 一遇）為0.45 kN/m2。擬建場地及附近區(qū)域地基土不液化，地下水埋深相對較深，不考慮地下水的影響?？拐鹪O(shè)防烈度8 度，場地土類別為Ⅱ類，設(shè)計地震分組二組，場地特征周期0.4 s。

2.2 結(jié)構(gòu)體系

A 區(qū)遺址展館，地上1 層，局部地下1 層，建筑高度8.45 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)；鋼框架軸網(wǎng)間距8 m、10 m、6 m 等，主展廳局部大空間跨度最大達22 m，框架柱主要采用D300 mm×25 mm、D350 mm×30 mm、口300 mm×300 mm×25 mm×25 mm、口200 mm×200 mm×20 mm×20 mm 等截面，框架梁主要采用H450 mm×250 mm×18 mm×25 mm、H600 mm×300 mm×20 mm×25 mm、H950 mm×300 mm×25 mm×40 mm 等截面，基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)。

B 區(qū)遺址保護棚，地上一層，外形為對稱四坡矩形體，結(jié)構(gòu)形式為周邊混凝土柱（2 m×2 m）+119 m 跨度鋼屋蓋。鋼屋蓋結(jié)構(gòu)形式為雙向正交正放H 型鋼桁架，長為160 m，寬為140 m，檐口高度為23.0 m，屋脊高度為25.6 m，屋蓋室內(nèi)吊頂高度為17.35 m，總建筑面積為20 397.00 m2，短向跨度119 m。鋼屋蓋為四坡頂形式，屋脊位置最大矢高達8 m，沿口矢高為4.3 m。整個建筑物四周分別對應(yīng)設(shè)置30 根11 m 高混凝土獨立柱作為支撐，室內(nèi)全部區(qū)域無任何輔助支撐。獨立柱下采用樁基礎(chǔ)，樁徑1 000 mm。

C 區(qū)能源中心，地上1 層，建筑高度8.45 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架。軸網(wǎng)8 m×8 m，框架柱截面600 mm×600 mm，框架梁截面有300 mm×600 mm、400 mm×800 mm等，基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)。

A、B、C 三區(qū)結(jié)構(gòu)模型見圖2～圖4，B 區(qū)鋼屋蓋剖面圖見圖5。

圖2 A區(qū)鋼框架模型

圖3 B區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)模型

圖4 C區(qū)鋼筋混凝土框架模型

圖5 B區(qū)鋼屋蓋剖面圖

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵點

A 區(qū)遺址展館，地上1 層，局部地下1 層，建筑高度8.45 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)；鋼框架軸網(wǎng)間距主要為8 m 和10 m。

A 區(qū)、C 區(qū)采用Yjk 進行設(shè)計，B 區(qū)大跨度結(jié)構(gòu)是本工程重點，采用Yjk 和Midas 進行設(shè)計。B 區(qū)鋼屋蓋跨度大，結(jié)構(gòu)布置受現(xiàn)場條件限制，是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵點和難點。

1）大跨屋蓋對荷載比較敏感，準確確定本工程屋面及吊頂做法，考慮施工及使用過程中大跨度屋蓋所受荷載大小是保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。主體結(jié)構(gòu)荷載包括：結(jié)構(gòu)自重、外加恒荷載（吊頂、燈具、屋面做法）、雪荷載、風荷載、地震作用、溫度荷載等。根據(jù)施工工期，確定合理合龍溫度，盡量減小溫度變化對主體結(jié)構(gòu)受力影響。鋼屋蓋合龍溫度10～154 ℃，計算溫差±30 ℃[1，2]。

2）大跨度屋蓋采用正交正放鋼桁架，鋼屋蓋支撐在周邊30 根混凝土柱上，由于現(xiàn)場條件及文物工程施工要求，混凝土支撐柱需盡量遠離遺址本體，以降低施工振動對遺址本體的影響?；炷林A(chǔ)采用人工挖礦樁，樁長18 m，根據(jù)受力不同，采用不同的擴底樁直徑，樁基承臺采用偏心設(shè)置方案，既有利于躲開遺址本體，又大大提高了基礎(chǔ)的抗推抗彎能力。樁基水平承載力由理正工具箱中樁基礎(chǔ)設(shè)計模塊進行設(shè)計，為進一步加強樁基抗推能力，承臺間加設(shè)拉梁，同時承臺四周土體分層夯實回填以加強對承臺的嵌固能力并進一步增強基礎(chǔ)抗推力。

3）大跨屋蓋為四坡屋頂，鋼屋蓋桁架上弦存在非常復雜的空間關(guān)系，通過Xsteel 軟件進行精確放樣、推敲構(gòu)件連接關(guān)系，在滿足焊接工藝和方便施工基礎(chǔ)上，確定坡口尺寸。鑒于工程的重要性，屋蓋桿件對接焊接均采用一級全熔透焊縫。由于工程焊接量大，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力對焊縫進行重要性區(qū)分，主桁架上與次桁架連接的加勁板三邊全熔透，等級一級；其余主桁架上加勁板，當加勁板凈距大于或等于150 mm，其與桁架弦桿翼緣的焊縫采用全熔透，等級一級，當凈距小于150 mm，做等強焊縫（按全熔透要求開坡口）并按20%比例檢測熔深是否符合要求，與桁架弦桿腹板的焊縫采用部分熔透焊。B 區(qū)鋼屋蓋典型節(jié)點見圖6。

圖6 B區(qū)鋼屋蓋典型節(jié)點

2.4 基礎(chǔ)設(shè)計

本工程基礎(chǔ)形式根據(jù)安陽市建筑設(shè)計研究院有限公司提供的《安陽曹操高陵本體保護與展示工程巖土工程勘察報告》進行設(shè)計，場地內(nèi)未見對工程不利的埋藏物及不良地質(zhì)作用。由于B 區(qū)支撐柱柱底反力非常大，巖土工程勘察報告建議B 區(qū)采用樁基礎(chǔ)。為保護文物，樁基施工中盡量減少施工振動影響，采用人工挖孔樁，樁徑1 000 mm，樁長18 m，根據(jù)樁受力大小，采用不同的擴底做法，擴底直徑1 900 mm、2 900 mm。

A 區(qū)為鋼框架、C 區(qū)為混凝土框架，柱底反力在正常范圍，采用柱下獨立基礎(chǔ)形式，為增強基礎(chǔ)整體性，在地面附近加設(shè)基礎(chǔ)拉梁。

2.5 施工技術(shù)

為確保遺址本體安全，對B 區(qū)雙向正交大跨度鋼屋蓋進行高空累積滑移安裝（見圖7）。采用2 條軌道（軌道間距119 m）對重達近5 000 t 的鋼屋蓋進行同步滑移，同時對施工進行全過程監(jiān)測，確?；仆胶褪┕み^程安全[3-5]。

圖7 B區(qū)鋼屋蓋現(xiàn)場滑移安裝施工圖片

3 結(jié)論

安陽曹操高陵本體保護與展示工程是文物保護與現(xiàn)代工程技術(shù)相結(jié)合的經(jīng)典項目，根據(jù)建筑功能及文物保護要求，進行了3 個分區(qū)，并根據(jù)每個分區(qū)的具體情況進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1）A 區(qū)、C 區(qū)相對簡單，采用常規(guī)的鋼框架、混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)，并在地面附近加設(shè)拉梁增強基礎(chǔ)整體性。

2）B 區(qū)跨度大，荷載大，且位于文物本體正上方，屋蓋采用正交正放鋼桁架結(jié)構(gòu)，采用多種軟件進行比較分析，確保鋼結(jié)構(gòu)受力安全。

3）為保護文物，減少施工振動影響，B 區(qū)基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，承臺偏心設(shè)置盡最大可能降低對文物本體的擾動。