南京南站屋面網(wǎng)架滑移支撐體系設計

中建八局鋼結構工程公司 上海 200125

1 工程概況

京滬高鐵南京南站屋頂采用正交正放網(wǎng)架結構，平面投影為矩形，中間局部拱起。網(wǎng)架最高點58.1 m，最低點41.2 m，長451 m，寬210.65 m，總質(zhì)量8 113 t。網(wǎng)架施工時采取“橫向分單元高空滑移，端部高空平臺散裝”的方法。共分中間9 個滑移單元及南北2 個散裝單元，如圖1所示。

圖1 南站網(wǎng)架單元劃分

南京南站網(wǎng)架施工時南北兩端搭設拼裝平臺，中間設置4 條高空軌道支撐體系。網(wǎng)架滑移單元均從南拼裝平臺拼裝，然后從南向北滑移。北拼裝平臺高度僅27 m，采用滿堂腳手架搭設方法，南拼裝平臺高度達41 m，且承受荷載較大，不宜搭設滿堂腳手架，采用格構柱及貝雷架相結合的方式搭設。南拼裝平臺面積為9 964 m2，高41 m；4 條相互獨立的高空軌道支撐體系每條長345 m，高度為18 m。如此大規(guī)模、高難度的臨時支撐體系在鋼結構施工中是非常少見的。本文主要介紹南拼裝平臺及高空軌道支撐體系的設計。

2 南拼裝平臺設計[1-8]

2.1 南拼裝平臺特點

（a）高度高、面積大。南拼裝平臺主體高41.38 m，平臺頂部中間還有10 m高的二次平臺，平臺總面積為9 964 m2，體量大。

（b）荷載大，網(wǎng)架總質(zhì)量8 113 t，質(zhì)量最大的一片網(wǎng)架單元達1 260 t。

（c）網(wǎng)架滑移單元拼裝完成后，在開始滑移前需進行脫架卸載，脫架后此網(wǎng)架單元荷載全部由4 條滑移軌道承擔。單條滑移軌道最大承受荷載標準值為4 000 kN，因此4 條滑移軌道下方及附近平臺承載力要求較高。

2.2 南拼裝平臺設計

南拼裝平臺設計時考慮拼裝平臺質(zhì)量、網(wǎng)架荷載、網(wǎng)架施工荷載、風荷載及滑移時產(chǎn)生的摩擦力、滑移開始時因水平加速度引起的水平力、由于網(wǎng)架中間部分拱起產(chǎn)生的水平力等。

南拼裝平臺采用格構柱與貝雷柱相結合的方式搭設。格構柱（或貝雷柱）縱向間距12 m左右，橫向間距9 m左右，4 條滑移軌道下方格構柱采用3 000 mm×3 000 mm截面，其余格構柱采用1 500 mm×1 500 mm截面。格構柱每10 m高度處設置1 層水平桁架支撐與相鄰格構柱相連，共設4 層，另外格構柱之間局部輔以剪刀撐相連，使整個拼裝平臺連成整體，形成一個穩(wěn)定的結構。

受限于現(xiàn)場塔吊覆蓋范圍，南拼裝平臺安裝時會出現(xiàn)部分盲區(qū)。在塔吊盲區(qū)內(nèi)格構柱的安裝與拆除十分困難，因此在盲區(qū)部分使用質(zhì)量較輕的、可以分散安拆的貝雷柱。

每個貝雷柱由若干標準節(jié)組成。每個標準節(jié)由4 片貝雷片和支撐架共同構成。4 片貝雷片豎直平行布置，間距450 mm。側(cè)面采用900型和1350型支撐架進行連接，該支撐架在平面上連接并排的4 片貝雷片，在立面上連接上下節(jié)。

貝雷柱采用與格構柱相同的水平支撐，與相鄰貝雷柱或格構柱連成整體（圖2）。

圖2 南平臺貝雷柱與格構柱混合結構

2.3 南拼裝平臺仿真計算

應用Ansys軟件仿真模擬計算，得到計算結果如下。

x方向最大位移16 mm，y方向最大位移約10 mm，z方向最大位移約31 mm；Q235構件最大壓應力為－192 MPa，最大拉應力為196 MPa。構件的長細比、穩(wěn)定應力及變形均滿足要求。

3 高空軌道支撐體系的設計

3.1 高空軌道支撐體系特點

（a）荷載大，網(wǎng)架總質(zhì)量8 113 t，最重一片網(wǎng)架滑移單元達1 260 t。

（b）共設4 條滑移軌道，相鄰軌道間距最大為72 m，最小為42 m，間距大，4 條支撐體系不能連成一個整體，相互獨立，對每條高空軌道支撐體系要求高。

（c）單片網(wǎng)架最長滑移距離為342 m，滑移距離長、高空軌道支撐體系長度長，且滑移施工時間為秋冬季，溫度變化大，對高空軌道支撐體系影響大。

3.2 高空軌道支撐設計

滑移軌道支撐設計時考慮支撐質(zhì)量、網(wǎng)架滑移過程中的豎向荷載、施工活荷載、風荷載及滑移過程中產(chǎn)生的水平荷載。

高空滑移支撐體系分為4 條獨立的支撐體系，每條長345 m，起止標高為+22.03～+39.86 m，高度為17.83 m。每條支撐體系主要由軌道、軌道梁、格構柱、水平支撐和斜拉桿等構件組成。其中軌道使用QU100標準軌道，在整個水平滑移中起承重導向和徑向限制網(wǎng)架水平位移的作用。軌道梁、格構柱為主要的承重構件，軌道梁截面規(guī)格為800 mm×800 mm×25 mm×36 mm，格構柱柱距為6～8 m，采用1 500 mm×1 500 mm截面，水平支撐與斜拉桿為結構輔助構件。格構柱、水平支撐、斜拉桿、鋼梁與網(wǎng)架支撐鋼柱形成一個穩(wěn)定的結構共同承擔網(wǎng)架滑移施工中產(chǎn)生的荷載，網(wǎng)架滑移施工中產(chǎn)生的荷載通過軌道傳遞至鋼梁、支撐，最后傳遞至位于格構柱下方的桁架層結構上。圖3為格構柱示意。

圖3 格構柱示意

3.3 高空軌道支撐體系計算

應用Ansys軟件仿真模擬計算。計算時未考慮主體結構網(wǎng)架支撐鋼管混凝土柱參與受力；盡管施工時采取了側(cè)向力的釋放措施，但計算時仍然給軌道梁施加了側(cè)向力，大小為支座豎向力的0.3 倍。

軌道梁最大壓應力為－116 MPa，最大側(cè)向位移40 mm，最大豎向位移23 mm；格構柱最大壓應力為－173 MPa；軌道最大側(cè)向位移0.3 mm，均滿足要求，滑移支撐體系可行。

4 結語

本工程中所有臨時支撐均采用了標準化設計，便于在以后的工程中重復利用，以達到對資源的最佳利用。南京南站網(wǎng)架滑移施工過程進展十分順利，目前已圓滿結束，滑移支撐體系圓滿完成了自身的使命，為以后類似工程施工提供了可資借鑒的經(jīng)驗和依據(jù)。