沈陽北站高架候車廳屋面鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)

金 耀 （中鐵九局集團有限公司，遼寧 沈陽 110051）

1 工程概況

沈陽北站高架候車室總建筑面積23000m2，其中鋼結(jié)構(gòu)部分包括鋼柱、15.8m鋼結(jié)構(gòu)夾層平臺、屋面管桁架及屋面檁條、支撐等。其中鋼管柱38根，規(guī)格分別為φ1200×601000cm×50cm，主桁架10榀，桁架跨度116m（含兩端懸臂各4m），單榀重量100t；次桁架32榀，桁架截面均為倒三角形；最大安裝高度為約28.1m，屋面總重約6000t。

2 施工方法

結(jié)合本屋面結(jié)構(gòu)特點及塔吊布置情況，經(jīng)反復(fù)研究決定，采取異軸整體拼裝、解體后端部用地面吊車直接吊裝、中央?yún)^(qū)段水平滑移到位垂直提升就位的安裝方案。即以柱縱向軸線（Ⅱ-2軸和Ⅱ-5軸分別往中間6m）為分界線，軸線外側(cè)結(jié)構(gòu)（端桁架及其次桁架）采用300t履帶吊直接吊裝就位；中間部位桁架采取單榀提升法。

2.1 屋面主桁架的拼裝

①拼裝前的準備工作：在7.75m混凝土平臺G～H列區(qū)域內(nèi)，順著平臺次梁的方向每間隔4m布置一道H型鋼（H550×300×10×18mm），滿鋪紅色框內(nèi)拼裝區(qū)域。

②分別在3、4軸線各往外側(cè)8m處設(shè)置滑道，滑道寬4m，滑道部分順著次梁方向通長鋪設(shè)枕木，枕木間距為800mm一道，并在其上架設(shè)43kg鋼軌，以作桁架滑移軌道。在3、4軸沿F～K方向各9m范圍內(nèi)設(shè)置25t汽車吊的吊裝通道，作為25t吊車拼裝桁架及吊裝屋面結(jié)構(gòu)來回行走。

在滑道上的K～F軸區(qū)間布設(shè)2臺滑移運輸胎車，在胎車上設(shè)置桁架拼裝胎架，胎架以外的區(qū)域?qū)⑵囱b胎架直接作用在7.75m平臺的鋼梁上，間隔為4m一組，形成一個整榀桁架的拼裝胎架。

A區(qū)主桁架的拼裝：利用上述拼裝胎架，將A區(qū)5榀桁架分別依次在二層地面（7.75m混凝土平臺）上拼裝，先拼裝F列桁架，無誤后按吊裝及提升單元分解，兩端部用吊車直接吊裝就位，中央?yún)^(qū)段用胎車運拖運至相應(yīng)軸線，利用提升裝置將其垂直提升就位。再以此類推拼裝、拖運、提升G、H、J列桁架。最后拼裝K列桁架。拼裝利用兩側(cè)布置的塔吊來進行，塔吊的盲區(qū)部分（跨中28m位置區(qū)域）分別在3、4軸用各一臺25t汽車吊上至7.75m混凝土平臺補齊。

B區(qū)的桁架拼裝將在C～D列之間的7.75m混凝土平臺上面拼裝，先拼D列桁架，依次為C、B、A列桁架，Ⅳ-H列的懸挑桁架在地面上拼裝，后利用提升技術(shù)整體提升安裝。

解體：拼裝后，檢查各部位外形尺寸，滿足要求后在預(yù)定接口位置后斷開（拼裝時接口位置點焊，并做好標記）解體。

斷口位置以跨中為界鏡像對稱。斷口位置為上下弦桿的鋼管直徑變徑處。

2.2 端部桁架的安裝

屋面主桁架解體后，利用300t履帶吊將端部桁架從7.8m平臺吊裝至離地面500mm高處，帶重物行走至安裝位置吊裝就位，安裝順序從F列依次往K列推進，此時吊裝作業(yè)工況如下。

桿長60m，作業(yè)半徑22m，起重量44.9t>43t（端部桁架總重量），滿足要求。兩軸線的端部桁架就位后，及時將兩者之間的次桁架安裝完成。如此依次，將兩側(cè)的端桁架及次桁架安裝完成，并將端桁架頂部的提升器及時安裝就位。

2.3 中間桁架的安裝

屋面主桁架解體后，待兩端部桁架安裝就位，此時利用運輸胎車并用爬行器將中間桁架滑移到預(yù)定的安裝位置。

到位后直接用液壓提升技術(shù)提升就位，同時進行下一榀桁架的拼裝。

用同樣的方法依次將G、H、J列桁架拼裝、安裝到位。

2.4 次桁架及屋面檁條安裝

利用450t汽車吊將相鄰兩桁架間的次桁架安裝到位，屋面檁條采用兩側(cè)塔吊和平臺上的25t及50t汽車吊安裝完成。

相鄰兩桁架之間的屋面結(jié)構(gòu)全部安裝完成后，進行K列桁架的拼裝，拼裝完成后將K列桁架中間桁架滑移至距K列2000mm位置靜止。此時采用300t履帶吊和130t汽車吊雙機抬吊，將桁架安裝就位。作業(yè)工況如下。

300t履帶吊工況：桿長60m，作業(yè)半徑22m，起重量44.9×0.8=25.92t>21t(桁架一半的重量)，滿足要求。

130t汽車吊作業(yè)工況：桿長32.5m，作業(yè)半徑9m，起重量32.5×0.8=26t>21t(桁架一半的重量)，滿足要求。

利用300t履帶吊將G～H間的15.8m鋼平臺安裝完成。利用兩側(cè)的塔吊及300t履帶吊將G～H列的屋面系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)安裝完成。A區(qū)施工完畢。

采用同樣安裝方法，將B區(qū)A～D列鋼結(jié)構(gòu)全部安裝完。Ⅳ-H列的懸挑桁架在地面上拼裝，然后利用提升技術(shù)整體提升安裝。

3 安裝過程受力分析

為了評估該吊裝方案的安全性和可靠性，對端部桁架吊裝完成后和中央桁架吊裝完成后兩種情形鋼桁架的受力和變形情況進行了建模計算。鋼桁架的受力分析結(jié)果如下。

3.1 端部桁架吊裝完成后

端部桁架吊裝完成后鋼桁架的豎向位移云圖如圖1所示。

圖1 端部桁架吊裝完成后的豎向位移云圖

由上圖1可以看出，端部桁架吊裝完成后，結(jié)構(gòu)的豎向位移最大值發(fā)生在邊側(cè)兩個柱子之間，最大值為0.065cm，變形量很小。

圖2 端部桁架吊裝完成后各桿件的軸力云圖

端部桁架吊裝完成后鋼桁架各個桿件的軸力云圖如圖2所示。從中可以看出，端部桁架吊裝完成后，鋼桁架各個桿件的內(nèi)力較小，并且數(shù)值相差不大。桿件受到的最大拉力為60.2kN，最大壓力為73.7kN。經(jīng)計算，桿件的最大拉應(yīng)力為7.2MPa，最大壓應(yīng)力為8.9MPa，均遠遠小于鋼材的屈服應(yīng)力。這表明，在端部桁架吊裝完成時，鋼桁架結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，并且有很大的安全余量。

3.2 中央桁架吊裝完成

中央桁架吊裝完成后鋼桁架的豎向位移云圖如圖3所示。

圖3 中央桁架吊裝完成后的豎向位移云圖

從上圖3可以看出，中央桁架吊裝完成后，鋼桁架的最大豎向位移發(fā)生在跨中位置，豎向位移最大值為2.17cm。

圖4 中央桁架吊裝完成后的軸力云圖

中央桁架吊裝完成后各個桿件的軸力云圖如圖4所示。由圖可以看出，中央桁架吊裝完成后，內(nèi)側(cè)鋼管柱上方上、下弦桿的受力最大，其中上弦桿受拉，下弦桿受壓。鋼桁架中各個桿件所受的最大拉力為467kN，最大壓力為528kN。經(jīng)計算，鋼桁架各個桿件的最大拉應(yīng)力為28.1MPa，最大壓應(yīng)力為69.4MPa，均遠遠小于鋼材的屈服應(yīng)力。這表明，鋼桁架在吊裝完成后處于安全狀態(tài)，并且結(jié)構(gòu)尚有較大的安全余量。

4 結(jié) 語

通過沈陽北站高架候車室屋面大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的吊裝工作，得出了在現(xiàn)場情況不允許采用大噸位吊車的情況下，可以采用液壓提升技術(shù)進行吊裝，同時也找到了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)吊裝過程中對于變形的檢測及控制的方法。對端部桁架吊裝完成后和中央桁架吊裝完成后鋼桁架的受力和變形情況進行了建模計算，計算結(jié)果表明，在上述兩種情況下，鋼桁架結(jié)構(gòu)均處在安全狀態(tài)，并且有較大的安全余量。在以后的類似工程中，該吊裝方法可以進行推廣應(yīng)用，以適應(yīng)不同的施工現(xiàn)場具體情況。