大跨連續(xù)拱形桁架單層網(wǎng)殼曲桿雨棚施工技術(shù)

王根宏

(中鐵十局集團西北工程有限公司，陜西西安 710065)

1 網(wǎng)殼雨棚設計概況

青島客站改造鋼結(jié)構(gòu)無站臺柱雨棚工程采用三跨拱形單層網(wǎng)殼屋面承重體系，由交叉主鋼架、方鋼管屋面檁條、鋼管桁架式邊支撐等組成。鋼結(jié)構(gòu)主體外層涂刷室外超薄型聚氨酯類防火涂料。雨棚橫向自西向東跨度分別為39.00 m，39.30 m，43.90 m，柱縱向間距30.00 m～39.70 m不等共分隔為14個軸線，總長470.8 m。

2 網(wǎng)殼雨棚安裝方案

網(wǎng)殼雨棚原設計安裝方案為滿堂腳手架，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行優(yōu)化，本著既能保證施工質(zhì)量、安全，又能滿足工期要求，同時盡量降低施工成本費用的原則，決定采用小拼單元吊裝和局部高空散裝相結(jié)合的安裝方法。

1)交叉主鋼架分7段安裝。4段支撐桁架，2段鋼管及1段通長鋼管。承重支架5個，分別搭設在5個焊接部位。

2)邊桁架整體安裝。邊桁架分段進場，進行預拼裝、組裝后整體安裝，采用二機抬吊。

3)網(wǎng)殼檁條小拼單元吊裝。網(wǎng)殼檁條采用小拼單元，局部高空散裝相結(jié)合的方法進行吊裝，盡量減少誤差。

3 安裝工藝流程

鋼柱、格構(gòu)柱安裝→臨時支撐安裝→主鋼架安裝→邊桁架安裝→網(wǎng)殼安裝→臨時支撐拆除。

4 網(wǎng)殼雨棚施工工藝、方法

4.1 裝車、加固

在運輸過程中，特別保證構(gòu)件穩(wěn)定、牢固，防止構(gòu)件松動超出運輸裝載的限界尺寸規(guī)定，且減少構(gòu)件變形，方便裝卸，提高裝卸效率。

對于汽車運輸，還將根據(jù)構(gòu)件運輸計劃和路線情況，安排每天白天和晚上的裝運構(gòu)件工作。對于大型構(gòu)件運輸應盡量安排在車輛較少的夜間進行。

4.2 安裝承重腳手架搭設

根據(jù)交叉主鋼架吊裝分為7段的方案，將每單元焊接節(jié)點的下方搭設安裝承重腳手架作為支撐點。

在立桿位置鋪設50 mm厚通長腳手板→擺放掃地桿(貼近地面的大橫桿)→逐根樹立立桿，隨即與掃地桿扣緊→裝掃地小橫桿并與立桿或掃地桿扣緊→安裝第一步大橫桿(與各立桿扣緊)→安裝第一步小橫桿→第二步大橫桿→加設臨時斜撐桿→第三、四步大橫桿→接立桿→加設剪刀撐→鋪腳手板。

4.3 扣件式鋼管腳手架安裝承重支架的搭設

根據(jù)對⑩軸，?軸以外軸線站臺實測尺寸，考慮主桁架梁下弦桿中心距為3 m，按照下弦桿兩側(cè)預留1.5 m計算，設計腳手架為6 m×6 m，49立桿，不設基礎(chǔ)(站臺面混凝土墊層已施工完畢)。立桿下部鋪設20 mm墊板，底部離地面100 mm設掃地桿，四面外側(cè)設剪刀撐。

依據(jù)《建筑施工腳手架實用手冊》(2003中國建筑工業(yè)出版社)進行驗算，強度、穩(wěn)定性均滿足要求。

安裝承重支架的搭設方式如圖1所示。

4.4 網(wǎng)殼雨棚安裝

4.4.1 施工組織安排

本次青島客站無站臺柱雨棚鋼結(jié)構(gòu)施工采用了兩家作業(yè)隊由中間向兩邊同時施工的方法，AB，BC，CD三跨同時由⑦軸分別向①軸和○14軸施工。通過這樣的施工順序，不但節(jié)省了時間，提高了效率，而且優(yōu)先施工⑦軸結(jié)合部也有利于兩側(cè)標高及外觀的統(tǒng)一，收到了很好的效果。

4.4.2 交叉主鋼架安裝

本工程主鋼架分4段支撐桁架，3段支撐鋼管，共7段吊裝。主鋼架吊裝過程中，為了保證薄壁鋼管的起拱度，下方設鋼絲索拉結(jié)，并且使用鐵葫蘆調(diào)整構(gòu)件位置。首先安裝單元內(nèi)4個支撐桁架，之后安裝薄壁鋼管，然后安裝與鋼管交叉的通長鋼管，最后安裝補齊剩余段鋼管。

4.4.3 邊桁架安裝

邊桁架分段進場后，通過場內(nèi)胎具進行預拼裝，通過班組自檢、項目部專檢及監(jiān)理檢驗三層檢驗，確保構(gòu)件外觀尺寸合格，重點控制其長度和預拱度。圖2中邊桁架分段一拼裝完成后采用兩臺吊車抬吊，邊桁架分段二、分段三使用一臺吊車吊裝。

4.4.4 網(wǎng)殼檁條安裝

本工程結(jié)構(gòu)為單層柱面網(wǎng)殼，吊裝量巨大。經(jīng)現(xiàn)場研究，決定采用小拼單元吊裝和局部高空散裝相結(jié)合的安裝方法，減少安裝誤差。通過場內(nèi)胎具預拼裝，重點控制曲桿的弧度、矢高和弦長以及直桿的平直度。網(wǎng)片吊裝前先在主鋼架上彈線定位，主鋼架之間沿管壁上邊線東西向拉線輔助網(wǎng)片定位，確定后點焊固定，完成一整片三角區(qū)域后自檢合格報監(jiān)理檢驗，合格后滿焊，最后固定南北向方管，盡量減少累積誤差。

具體安裝順序如圖3所示，小拼單元吊裝完成后，將南北方向的方管散件高空散裝。

5 關(guān)鍵施工技術(shù)及解決辦法

青島站無站臺柱雨棚大跨度連續(xù)拱形桁架單層網(wǎng)殼施工關(guān)鍵技術(shù)有三項:網(wǎng)殼雨棚構(gòu)件加工制作變形控制、網(wǎng)殼雨棚構(gòu)件的安裝精度控制、施工過程安全控制。

5.1 網(wǎng)殼雨棚構(gòu)件加工制作變形控制

青島站雨棚為大跨連續(xù)拱形桁架單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)復雜，構(gòu)件的加工制作過程中的外形尺寸、跨中高度、平面?zhèn)认驈澢冃?、桿件軸線交點錯位、焊接變形等不易控制。在制作過程中主要應采取以下措施來控制變形。

5.1.1 提高胎具制作的精度

胎具是保證構(gòu)件制作精度的關(guān)鍵，首先根據(jù)構(gòu)件外形的形狀進行電腦1∶1放樣，做出桿件中心的相應坐標點，根據(jù)坐標點用全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀等測量工具在加工平臺上進行1∶1放樣并制作胎具。

1)所有制作關(guān)鍵控制點均用全站儀將坐標點打出來以保證制作精度，關(guān)鍵控制點包括:主鋼架鋼管的矢高和弦長、邊桁架的長度和預拱度、屋面網(wǎng)殼曲桿的弧度、矢高和弦長以及直桿的平直度。2)加強立柱間連接，保證其不發(fā)生位移。3)精確測量鋼管托板位置，托板與立柱焊牢，保證其不發(fā)生變形。

5.1.2 加強工序管理，減少焊接變形及焊接應力

1)管與管的拼接焊縫盡量在自由狀態(tài)下進行，既可減小誤差，又可減小焊接殘余應力。

2)弦桿弧度偏差采用千斤頂或手拉葫蘆進行校正時，應逐步緩慢進行，避免形成硬彎或使管口扭曲變形，必要時進行火焰校正。

3)采用對稱施焊和多層多道焊縫連續(xù)施焊的工藝措施，減少焊接變形和焊接應力，每一道焊接完成后及時清理焊渣和表面飛濺物，用錘擊法消除中間焊層應力。

5.2 雨棚構(gòu)件的安裝精度控制

由于網(wǎng)殼跨度較大，在吊裝過程中容易發(fā)生變形，這就需要在安裝時選擇好控制點和安裝方法，并建立精確的現(xiàn)場測量控制網(wǎng)。主控制網(wǎng)建立后，在施工過程中，每月復核一次，確保測量精度。

5.2.1 交叉主鋼架安裝精度控制

交叉主鋼架吊裝時，全站儀架設于主拱分段點前方，全站儀架設的位置要同時能看見支撐桁架與鋼柱連接的位置和分段點的位置，支撐桁架起吊后，將上下弦桿對應預先在鋼柱上彈測的定位線，全站儀復核無誤后，再撥轉(zhuǎn)一定的角度，控制支撐桁架另一端(即分段點端口)的位置，支撐桁架兩端的位置均調(diào)整好后，方可進行焊接。

5.2.2 邊桁架安裝精度控制

邊桁架根據(jù)預先彈出的控制線進行吊裝就位，同時，為確保安裝精度，在吊裝全過程中用全站儀實施監(jiān)控，主要監(jiān)控邊桁架兩端及中部的位置及標高。

5.2.3 網(wǎng)殼安裝精度控制

方管檁條小拼單元吊裝時，利用交叉鋼架、邊桁架和方管上預先彈測的控制線進行控制。吊裝全過程中，測量人員用全站儀監(jiān)控檁條拱頂?shù)陌惭b位置和標高，控制屋面的形狀。網(wǎng)殼小拼單元的吊裝控制拱頂標高和相鄰小拼單元的誤差。

6 結(jié)語

通過該工程的探索實踐，可掌握大跨度連續(xù)拱形桁架單層網(wǎng)殼雨棚的分段、運輸、組裝及吊裝等關(guān)鍵施工技術(shù)，鍛煉培養(yǎng)人才，并積累相關(guān)經(jīng)驗，對今后類似條件的工程施工具有較強的借鑒意義。

［1］徐君蘭.大跨度橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］董繼斌，劉善維.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界條件及支座設計［J］.空間結(jié)構(gòu)，2006(10):122-123.

［3］沈祖炎，陳揚驥.網(wǎng)架與網(wǎng)殼［M］.上海:同濟大學出版社，1997.