昌平站站房鋼結(jié)構(gòu)屋蓋累計滑移技術(shù)

藍(lán)燕強(qiáng)

【摘要】京張高鐵昌平站站房屋蓋為鋼桁架結(jié)構(gòu)，采用累計滑移施工技術(shù)，一方面解決了場地狹小、環(huán)境復(fù)雜情況下鋼結(jié)構(gòu)桁架拼裝的難題;另一方面避免了高空散拼工法需搭設(shè)滿堂紅腳手架，施工周期長、施工投入大帶來的弊端。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋累計滑移施工中，通過對整體方案策劃和拼裝平臺、軌道布置、拼裝工藝、同步頂推、推力計算等關(guān)鍵技術(shù)把控，為工程質(zhì)量、進(jìn)度、效益等方面提供了技術(shù)保障，同時本工程中的主要臨時設(shè)施設(shè)置、常見故障及應(yīng)急預(yù)案也可為類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)屋蓋;累計滑移技術(shù)

1、工程概況

新建京張高速鐵路昌平站位于北京市昌平區(qū)馬池口鎮(zhèn)，建筑面積4990㎡，建筑主體候車廳部分為1層，兩側(cè)辦公和設(shè)備用房部分為2層，建筑最高點16.8米，檐口14.1米。建筑主要結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為8度;結(jié)構(gòu)安全等級為一級。結(jié)構(gòu)總長度為108.7米;總寬度為33.3米。

站房屋蓋結(jié)構(gòu)形式為鋼管桁架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土柱相組合，桁架結(jié)構(gòu)由縱橫交錯的無縫鋼管主桁架、無縫鋼管次桁架及熱鍍鋅檁條等鋼構(gòu)件，以倒三角形狀組成空間結(jié)構(gòu)體系。主、次桁架無縫鋼管間采用相關(guān)焊接;主、次桁架與檁條間采用螺栓連接。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)桁架外形尺寸為79.95m（長）×41.8m（寬），主要由10榀主桁架+10榀次桁架組成.

2、總體累計滑移方案

昌平站東側(cè)為既有昌流路，連接昌平區(qū)馬池口鎮(zhèn)上念頭和下念頭兩個村莊，無法長期占壓使用;西側(cè)為京包鐵路營業(yè)線路，日常同行北京市S2線市郊列車及貨運(yùn)列車;南側(cè)為新建昌平站信號樓及通信鐵塔?；谏鲜鰣龅貤l件限制，利用站房北部鋼筋混凝土屋面作為鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝場地，屋面標(biāo)高為+9.9米;利用站房與北側(cè)新建宿舍樓之間通道作為鋼結(jié)構(gòu)吊裝車輛站位。

從H型鋼拼裝平臺向屋面沿著兩道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁上，向另一側(cè)分別設(shè)置一條水平滑移軌道。在拼裝平臺上進(jìn)行屋面鋼桁架滑移單位的高空拼裝，拼裝完畢后使用頂推器將滑移單元頂推滑移，然后接著拼裝下一個滑移單位，與已滑移單元連接。施工時馬道隨著桁架一起拼裝滑移。依次累積拼裝滑移到位后，將結(jié)構(gòu)整體頂起，拆除滑移軌道，安裝成品球形支座，并將屋蓋鋼桁架結(jié)構(gòu)落在支座上，校正無誤后柱腳底板與支座圍焊。

3、施工機(jī)具及電力方案

按照總體累計滑移方案和昌平站站房實際情況，現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)主要設(shè)備為：同步液壓泵、CO2焊機(jī)、直流焊機(jī)、砂輪機(jī)及空氣壓縮機(jī)等，用電量詳見下表：

P=K（K1ΣP1/cosφ+K2Σp2+K4Σp4）;

取k=1.1，k1=0.5，k2=0.5，k4=1.0，cosφ=0.65），經(jīng)計算得：ΣP1=20.5KW;

ΣP2=232KVA;ΣP4=38KW;

安裝時P安=1.1×（0.5×20.5/0.65+0.5×

232+1.0×38）≈186.7KVA

滑移時P滑=1.1×（0.5×30）≈16.5KVA

考慮到施工現(xiàn)場的不確定因素，施工現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)總用電量最高可達(dá)200KVA左右，現(xiàn)場無接入電源，現(xiàn)場配備一臺200KW發(fā)電機(jī)。

4、累計滑移關(guān)鍵技術(shù)

4.1拼裝平臺及軌道布置

（1）拼裝平臺驗算

用于滑移單元桁架段對接的支撐面設(shè)置在H型鋼拼裝平臺鋼梁和鋼柱上，滑移單元拼裝時，產(chǎn)生的最大集中荷載數(shù)據(jù)如下：

由計算數(shù)據(jù)可知，最大Z向反力為107.48KN，為桁架第一段和第二段對接節(jié)點處，集中荷載為X向：0KN;Y向：-37.96KN;為保證施工安全，確保拼裝平臺結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，需將此集中荷載施加給拼裝平臺予以驗算。拼裝平臺驗算使用sap2000 v15.1完成，為確保拼裝平臺結(jié)構(gòu)的絕對安全，將其恒荷載取1.15倍系數(shù)放大，荷載組合=1.15倍恒荷載+1.1倍活荷載+1倍X風(fēng)載+1倍Y風(fēng)載。并根據(jù)北京地區(qū)風(fēng)壓系數(shù)0.45KN/M2分X、Y兩個面施加風(fēng)荷載，在平臺的兩處支撐面柱頂、平臺梁跨中分別施加上述計算中獲得的最大集中點荷載X向：10.748KN（取Z向反力值的10%）;Y向：-37.96KN;Z向：107.48KN。

結(jié)構(gòu)變形：最大X向變形為3.24mm，最大Z向變形為8.89mm<8800/400=22mm。

應(yīng)力比：最大應(yīng)力比為0.417，出現(xiàn)在支撐面鋼梁上。

由此可知，拼裝平臺在施工過程中，變形小于允許范圍，應(yīng)力比均不大于0.7，滿足規(guī)范要求。

（2）拼裝平臺布置

H型鋼鋼結(jié)構(gòu)拼裝平臺為鋼框架結(jié)構(gòu)，長度為32.6米，寬度為17.2米。站房北側(cè)鋼筋混凝土屋面柱頂澆筑前預(yù)設(shè)鋼板埋件，作為鋼結(jié)構(gòu)拼裝平臺鋼柱柱腳生根基礎(chǔ)，鋼柱H型鋼為HM450×300×11/18。鋼柱頂部設(shè)置縱橫連接鋼梁，鋼梁采用兩種型號H型號，分別為HW400×400、HM300×200。為使拼裝平臺鋼柱與鋼梁連成一個受力整體，在鋼柱之間設(shè)置槽鋼作為柱間支撐，槽鋼型號為18b。與常規(guī)拼裝鋼結(jié)構(gòu)桁架相同，拼裝平臺上布置工字鋼胎架架設(shè)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)桁架，并采用千斤頂調(diào)整桁架標(biāo)高。

（3）軌道布置

分別在兩道標(biāo)高為14米的鋼筋混凝土梁上設(shè)置滑移軌道，并與鋼筋混凝土框架柱頂埋件焊接連接?；栖壍朗褂?6#槽鋼，開口朝上，軌道延伸至拼裝平臺上，與平臺梁上翼緣焊接連接，焊縫為貼腳焊縫，單根軌道長度90.65米。

4.2分段加工制作

為保證屋蓋桁架加工質(zhì)量鋼結(jié)構(gòu)桁架采用工廠加工，加工時以主桁架為主，次桁架遇主桁架斷開，并結(jié)合昌平站現(xiàn)場場地狹小及運(yùn)輸條件，將每榀鋼結(jié)構(gòu)主桁架分成三段，分段時考慮受力分析上、下弦桿交叉錯開分布。每段桁架在工廠加工制作完成，并涂刷底漆、中間封閉漆和防火涂料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場臨時場地進(jìn)行存放。為防止運(yùn)輸、吊放、拼裝和滑移過程中出現(xiàn)污染，鋼結(jié)構(gòu)桁架面漆在施工現(xiàn)場涂裝。

4.3吊裝工況驗算

（1）吊車驗算

根據(jù)屋面桁架分段及重量情況，主桁架最長分段為中段，長15.42米，重6.5噸，因此選用1臺130噸汽車吊站位于站房北側(cè)，主臂工況（支腿全伸+38t配重）拼裝起重為10t，最大工作半徑26m，汽車吊工作臂長48m，安全系數(shù)為：10/6.5=1.54>1.4，滿足吊裝要求。汽車吊裝示意圖如下：

（2）吊索驗收

（3）吊裝時地面承載力驗算

吊裝時，吊車平面內(nèi)吊臂45°時，其下方支腿反力最大，130噸吊車自重54.9噸，吊裝半徑26米，負(fù)載6.503噸，最小支腿間距7.56米。如支腿下方墊路基箱尺寸為2500mm×2000mm，則：130噸吊車吊裝時支腿對地壓力F2=295420/（2500×2000）=0.0591MPA=59.1 kPa。吊車支腿落在現(xiàn)場自然地面上，其位置夯實平整且排水暢通，要求地基承載力不小于124kPa，根據(jù)施工要求，本工程地面在級配砂石鋪設(shè)完成后，地基承載力特征值≥150kPa;完全滿足要求。

4.4屋蓋桁架拼裝工藝

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)桁架分段吊裝后，落在H型鋼拼裝平臺的胎架上，利用豎向和橫向的千斤頂進(jìn)行定位，定位過程中利用全站儀和鋼尺重點對桁架中心線、跨距、標(biāo)高、定位、起拱等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到預(yù)定位置核對無誤后將分段桁架焊接成一個滑移單元。需要注意的是在分段桁架拼裝成整體時，各段桁架間應(yīng)采用耳板連接裝置輔助相對定位;各個滑移單位間焊接時，應(yīng)搭設(shè)臨時高空支撐平臺，確保定位準(zhǔn)確。

4.5液壓同步頂推滑移

本工程中采用液壓頂推滑移的施工工藝，選用步進(jìn)式液壓頂推器，通過后部頂緊主液壓缸產(chǎn)生頂推反力，實現(xiàn)被推移結(jié)構(gòu)向前平移。反力結(jié)構(gòu)利用滑道設(shè)置，液壓頂推器與被推移結(jié)構(gòu)通過銷軸連接，當(dāng)主液壓缸伸出時，頂緊裝置工作，自動頂緊滑道側(cè)面;主液壓缸縮回時，頂緊裝置不工作，與主液壓缸同方向移動。

4.6滑移頂推力計算

在滑移過程中，頂推器所施加的推力和所有滑靴和滑軌間的摩擦力F達(dá)到平衡。摩擦力F=滑靴在結(jié)構(gòu)自重作用下豎向反力×1.2×0.15 （滑靴與滑軌之間的摩擦系數(shù)為0.13～0.15，偏安全考慮取摩擦系數(shù)為0.15， 1.2為摩擦力的不均勻系數(shù)）。

為保證滑移施工有足夠安全系數(shù)，且頂推器有足夠的富裕度，將最大滑移單元自重取1.15倍系數(shù)放大，得到各滑靴反力數(shù)據(jù)如下：

由計算可知，A軸Z向反力總和F豎=1494.97KN， E軸Z向反力總和F豎=1270.6KN，則滑移過程中總的摩擦力大小為：

T=（1494.97+1270.6）×1.2×0.15=497.803KN=49.78t。

根據(jù)以上計算，桁架所需的最大總頂推力大小為50t。本工程中桁架結(jié)構(gòu)滑移施工設(shè)置4個頂推點，每個頂推點布置1臺YS-PJ-50型液壓頂推器。單臺YS-PJ-50型液壓頂推器的額定頂推驅(qū)動力為50t，第一階段頂推設(shè)置兩個液壓頂推器，第二階段頂推增設(shè)兩個液壓頂推器。則頂推點的總頂推力設(shè)計值4×50=200t>50t，能夠滿足滑移施工的要求。

5、滑移主要臨時措施

桁架結(jié)構(gòu)滑移時需設(shè)置滑移臨時措施，滑移臨時措施主要包括滑移軌道、滑靴、頂推耳板等?；澜Y(jié)構(gòu)由16a槽鋼、側(cè)向擋塊、滑塊組成，滑道結(jié)構(gòu)布置在鋼筋混凝土梁上。頂推耳板到滑移軌道的距離為350mm?；婆R時措施如下圖所示：

5.1滑移軌道設(shè)計

滑移軌道結(jié)構(gòu)在桁架結(jié)構(gòu)滑移過程中，起到承重、導(dǎo)向和橫向限制支座水平位移的作用。滑移軌道中心線與支座中心線重合。軌道由16a槽鋼及側(cè)擋塊組成。16a槽鋼與預(yù)埋件焊接固定，滑移過程中起到承重及導(dǎo)向作用。側(cè)擋板規(guī)格為20×40×150mm（材質(zhì)Q345B），焊接在16a槽鋼翼緣兩側(cè)，起到抵抗滑移支座推力以及水平力作用。側(cè)擋板與槽鋼軌道及預(yù)埋件連接采用雙面角焊縫焊接連接，單塊側(cè)擋板焊縫所承受的最大頂推反力為500/4=125kN。焊縫設(shè)計高度hf=10mm時，焊縫設(shè)計強(qiáng)度：

滿足設(shè)計要求。

5.2滑靴的設(shè)置

滑靴設(shè)置在結(jié)構(gòu)支座下方，每個支座位置設(shè)置一個。滑靴由滑移底座及鋼滑塊組成，滑靴為搭拼的型鋼，每個滑移底座設(shè)置3塊20mm厚加勁板（材質(zhì)均為Q235B）。臨時支座（滑靴）與結(jié)構(gòu)支座焊接連接，采用角焊縫連接，四面圍焊，焊腳尺寸10mm?；频鬃c鋼板焊接連接，采用角焊縫連接，四面圍焊，焊腳尺寸10mm。

5.3頂推耳板的設(shè)置

液壓頂推器前端通過銷軸與被推移構(gòu)件上的耳板進(jìn)行連接固定，用以傳遞水平滑移頂推力，頂推耳板板厚t=20mm（材質(zhì)為Q345B），頂推耳板設(shè)置在有頂推器的支座上.

結(jié)語：

針對昌平站站房屋蓋特點與周邊實際環(huán)境，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋采用了累計滑移技術(shù)，克服了搭拆滿堂紅腳手架工期長、高空鋼結(jié)構(gòu)散拼安全隱患大、屋蓋拼裝和室內(nèi)裝修無法交叉等困難，在預(yù)定工期內(nèi)安全實現(xiàn)了既定目標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)累計滑移是一種較為成熟施工技術(shù)，在昌平站站房的成功應(yīng)用也可以給今后類似工程給予一些參考和提示。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢增志.哈爾濱西站曲面鋼結(jié)構(gòu)屋蓋累計滑移安裝技術(shù)[J].《工程質(zhì)量》，2012年04期.

[2]劉建強(qiáng).頂推法在跨越城際鐵路天橋施工中的應(yīng)用[J].《上海鐵道科技》，2018年03期.

[3]賀洪偉，王慶禮，王彥超.拱形大跨管桁架液壓同步累計滑移施工技術(shù)[J].《施工技術(shù)》，2012年14期.

[4]欒云鵬.大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架滑移法施工技術(shù)探究[J].《建筑知識》，2017年8期.

[5]朱江.高空桁架施工技術(shù)探析[J].《大眾科技》，2011年04期.