大型高鐵站房主體鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

董彥習(xí)

摘? ? 要：紅島站房鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵是解決大型大型行走式塔吊布置并保證施工安全。避免影響其他工程施工、避免受制于其他工程施工進(jìn)度是紅島站房鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的首選。

關(guān)鍵詞：大型高鐵;站房主體;鋼結(jié)構(gòu);施工技術(shù)

1? 工程概括

紅島站是連接濟(jì)青高鐵、青連鐵路的重要樞紐車站。站房形式為線上式站房，站房建筑面積為70000m2，本工程站房鋼結(jié)構(gòu)長262m，寬248m，候車層為箱型平面桁架，屋蓋為多跨連續(xù)三角形空間管桁架結(jié)構(gòu)，候車層頂標(biāo)高為+9.400m，屋蓋標(biāo)高范圍為+23.122m～+42.250m。鋼結(jié)構(gòu)部分總用鋼量約5萬噸。

2? 工程實(shí)施難點(diǎn)

2.1? 工期緊，工程質(zhì)量要求高

紅島站房集城市軌道、長途汽車、出租車和社會(huì)車輛等多種交通設(shè)施及交通方式于一體的客運(yùn)綜合交通樞紐。如何在此短工期內(nèi)，對深化設(shè)計(jì)、制作、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，并保證工程質(zhì)量成為施工最大的難題。

2.2? 鋼結(jié)構(gòu)吊裝量大，大型機(jī)械使用多

本工程中使用的大型吊裝設(shè)備較多，高峰時(shí)現(xiàn)場布置6臺(tái)行走式塔吊，2臺(tái)大型履帶吊及若干汽車吊。鋼結(jié)構(gòu)吊裝量大，吊裝作業(yè)頻繁，對機(jī)械的組織、協(xié)調(diào)與調(diào)度管理難度大。為解決工程施工難點(diǎn)問題，項(xiàng)目部決定采用BIM技術(shù)輔助施工，并根據(jù)施工特點(diǎn)提出兩種施工方案，運(yùn)用BIM技術(shù)對兩種施工過程進(jìn)行模擬、對比分析，以達(dá)到優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)、合理安排施工組織的目的。

3? 鋼結(jié)構(gòu)安裝思路

（1）實(shí)施分階段施工：根據(jù)站房工程結(jié)構(gòu)形式總體上將整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程劃分為候車層和屋蓋兩大階段來組織實(shí)施，該兩部分結(jié)構(gòu)體系類型基本相似，施工方法的選擇基本相同。

（2）實(shí)施平面分區(qū)施工：鋼結(jié)構(gòu)分布面積大，根據(jù)工期要求各分區(qū)必須同步施工，有利于與混凝土及裝飾幕墻等專業(yè)進(jìn)行相應(yīng)的分區(qū)穿插施工，保證整個(gè)項(xiàng)目的工期。

（3）采取高效、安全的安裝作業(yè)方式：采用起重能力大、機(jī)動(dòng)性好的吊裝機(jī)械實(shí)施機(jī)械化吊裝作業(yè)，提高安裝效率。

（4）合理實(shí)施分段、分單元安裝：對鋼管柱和平面箱形桁架等主要構(gòu)件進(jìn)行合理分段，以降低鋼結(jié)構(gòu)制作、運(yùn)輸、安裝的難度。同時(shí)對屋蓋管桁架進(jìn)行分區(qū)分單元拼裝，提高安裝效率，減少高空作業(yè)。

（5）充分保證與相關(guān)工程施工的銜接與協(xié)調(diào)：全面考慮與正線橋鋪軌、東西落客平臺(tái)以及站臺(tái)等，在施工總平面布置、施工順序、進(jìn)度節(jié)點(diǎn)等方面的充分銜接和協(xié)調(diào)。

（6）根據(jù)結(jié)構(gòu)自身特征、施工工期、現(xiàn)場施工條件以及大型行走式塔吊、履帶吊的市場情況，通過綜合對比分析，確定站房鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)吊裝的總體方案為：采用多臺(tái)大型行走式塔吊或履帶吊、分區(qū)對稱向南北退步行走、分單元逐層吊裝到位的吊裝方案。

4? 主要施工方案

4.1? 行走式塔吊布置

行走式塔吊設(shè)置在-2.9m標(biāo)高混凝土結(jié)構(gòu)上，兩條軌道間距12m，分別設(shè)置在截面為1400×2600mm和1200×2400mm混凝土梁上，行走式塔吊臨時(shí)支撐體系包括軌道、軌道梁等。塔吊荷載的傳遞途徑為：軌道→軌道梁→混凝土梁→混凝土柱→樁基礎(chǔ)→地基（如圖1）。

4.2? 候車層及旅服夾層鋼結(jié)構(gòu)施工

本工程站房候車層（標(biāo)高為+9.400m）平面尺寸為173m×320.1m，結(jié)構(gòu)形式采用鋼管混凝土柱+鋼桁架結(jié)構(gòu)，主要由圓管柱、箱型平面桁架及鋼梁組成，鋼桁架高度為2.7m，跨度為6.4m～25.7m，單榀桁架重量為5.0t～67t，旅服夾層（標(biāo)高為+17.000m）為鋼框架結(jié)構(gòu)，主要由箱型鋼柱、箱型鋼梁及H型鋼梁組成。

候車層桁架及旅服層主梁安裝主要使用6臺(tái)行走式塔吊安裝，鋼梁等次要構(gòu)件采用汽車吊輔助安裝。根據(jù)行走式塔吊吊裝工況和行走路線的分析，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)制作、運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝將每兩個(gè)軸線之間的結(jié)構(gòu)劃分為一個(gè)施工單元，共11個(gè)。先施工D～E軸單元，然后以J軸為中心向南北兩側(cè)同步施工，最后施工C～D軸單元。同一施工單元內(nèi)，行走式塔吊平行施工，候車層與旅服夾層鋼結(jié)構(gòu)同步施工。

4.3? 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)安裝

（1）屋蓋鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件分段。綜合考慮吊裝機(jī)械布置、桁架結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)輸及安裝的可行性等，將每榀主桁架分為13段。分段后桁架長度為11.2m～25.6m，重量為6.82t～21.86t。次桁架其重量較輕，最小跨度4.8m，最大跨度33m，考慮到構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式及運(yùn)輸可行性將次桁架分為10段，分段后次桁架長度為4.8m～17.3m，重量為0.9t～4.6t。屋蓋構(gòu)件分段后，主桁架桁架重6.82t～21.86t，次桁架重0.9t～4.6t，托桁架重3.3t～28.41t，圓管支撐、檁條等構(gòu)件重量均小于2t。典型主桁架分為13段，塔吊最小吊重為14t，故重量小于14t的構(gòu)件均能滿足起重性能要求。

（2）三角管桁架現(xiàn)場拼裝。拼裝場地根據(jù)現(xiàn)場主要拼裝平臺(tái)的分布、現(xiàn)場拼裝胎架及拼裝用吊車通道的布置、材料堆場的布置、拼裝設(shè)備的合理分布進(jìn)行現(xiàn)場拼裝場地的合理布置。

先將三根主弦桿按編號(hào)及順序，在拼裝胎架上定位，檢查復(fù)測三根主弦桿胎架上的定位點(diǎn)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整偏差，達(dá)到設(shè)計(jì)圖要求后固定定位，交付檢驗(yàn)，合格后將三根主弦桿固定定位，然后將直腹桿、斜腹桿與水平直腹桿與水平斜腹桿按照深化設(shè)計(jì)施工圖分別固定定位，檢驗(yàn)合格后，轉(zhuǎn)下一道焊接工序，整榀桁架定位完成后開始焊接，拼裝班組繼續(xù)拼裝下一榀桁架。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，跨度大于8m時(shí)兩端鉸接的簡支梁均需按 L/800制作起拱。

（3）三角管桁架安裝。三角管桁架分單元流水安裝，單元內(nèi)臨時(shí)支撐安裝好后，吊裝桁架，吊裝較重構(gòu)件前先進(jìn)行試吊。桁架吊裝順序?yàn)椋合劝惭b有兩個(gè)支撐點(diǎn)的橫向桁架，后安裝相鄰縱向桁架，優(yōu)先形成局部穩(wěn)定小單元;先安裝中間部分桁架，后安裝兩側(cè)及懸挑部分桁架。

根據(jù)吊裝分段的劃分及構(gòu)件截面尺寸，主桁架采用用4個(gè)吊點(diǎn)吊裝，吊點(diǎn)布置方法及原則如下：[①]通過電腦模擬查找每個(gè)分段的重心位置，根據(jù)重心位置布置吊點(diǎn)。[②]吊點(diǎn)布置的位置要保證構(gòu)件起吊后基本平衡或通過微調(diào)即可達(dá)到平衡。[③]吊點(diǎn)布置位置須考慮起吊后的受力情況，盡量保證所有吊點(diǎn)均勻受力。

（4）屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的卸載。本工程臨時(shí)支撐卸載遵循卸載過程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力與變形協(xié)調(diào)、均衡、變化過程緩和、結(jié)構(gòu)多次循環(huán)微量下降并便于現(xiàn)場施工操作即“分區(qū)、分節(jié)、等量，均衡、緩慢”的原則來實(shí)現(xiàn)，并遵循結(jié)構(gòu)最終變形最大位置先卸載的原則。

5? 結(jié)語

由于此工程工期緊、工程量大，確定一個(gè)關(guān)鍵的施工流程及施工方案是解決生產(chǎn)安全、質(zhì)量、進(jìn)度的好途徑。本文主要介紹了已經(jīng)應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，現(xiàn)場拼裝焊接、現(xiàn)場安裝焊接等經(jīng)過焊縫探傷檢測，焊縫探傷一次合格率達(dá)到98.6%，鋼結(jié)構(gòu)安裝精度均滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張建平.BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011（1）：15～18.