高鐵站房大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體提升施工工藝

丁輝?任元柱?郝良慶?王英杰?陳文捷

摘 要：高鐵站房綜合候車(chē)大廳大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系多為混合結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，單件重量大，施工難度大。采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體提升工藝進(jìn)行施工，節(jié)約了人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)，降低了高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)、提高了經(jīng)濟(jì)效益

關(guān)鍵詞：高鐵站房;鋼結(jié)構(gòu);大跨度;提升

一、高鐵站房大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)分析及解決方案

（一）施工重難點(diǎn)分析

1、大型高鐵站房工程按照施工組織，屋蓋施工時(shí)其下方土建結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完畢，吊裝機(jī)械難以在場(chǎng)內(nèi)開(kāi)展吊裝。方案選擇需要綜合考慮工期、經(jīng)濟(jì)、安全、效率、質(zhì)量控制等多方面因素。

2、屋蓋結(jié)構(gòu)多為鋼結(jié)構(gòu)，鋼拱跨度大，構(gòu)件重量重，普通吊裝設(shè)備無(wú)法進(jìn)行安裝。施工工藝，合理分段、臨時(shí)支撐需綜合考慮。

3、由于提升單元重量大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，如何保證提升單元在整個(gè)提升過(guò)程中，結(jié)構(gòu)整體受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)的一致性，以及如何保證提升點(diǎn)附近內(nèi)力較大的結(jié)構(gòu)桿件安全穩(wěn)定是工程一大重點(diǎn)。

（二）施工重難點(diǎn)解決方案

1、前期組織專(zhuān)家對(duì)安裝方案進(jìn)行論證，可以采用成熟的液壓提升施工工藝，并結(jié)合大型機(jī)械對(duì)不便提升的部分桁架進(jìn)行分段整體吊裝。

2、優(yōu)化各種施工臨時(shí)支撐措施，根據(jù)受力大小，配置不同形式的支撐體系（格構(gòu)式支撐架、腳手架、拼裝胎架等），加快進(jìn)度、節(jié)約成本。

3、對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工過(guò)程模擬分析，理清施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)主次關(guān)系，做到測(cè)量、焊接、結(jié)構(gòu)合攏、卸載等施工協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

二、大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體提升適用范圍及工藝原理

（一）適用范圍

本工法適用于主體結(jié)構(gòu)中需配置預(yù)應(yīng)力的超大型車(chē)站、會(huì)展中心等大跨度（36m以上）、大噸位的鋼桁架結(jié)構(gòu)工程。

（二）工藝原理

桁架提升是將主桁架結(jié)構(gòu)在橫向指定位置處斷開(kāi)，兩邊分段吊裝，并設(shè)置支撐架，中間部分在高架層地面拼裝。上吊點(diǎn)設(shè)置在原結(jié)構(gòu)上弦上，并在此設(shè)置提升平臺(tái);在正對(duì)應(yīng)上吊點(diǎn)下方設(shè)置提升下吊點(diǎn)，中間提升部分的下弦上設(shè)置相應(yīng)連接結(jié)構(gòu)。上下吊點(diǎn)分別放置液壓提升器及提升地錨，兩者通過(guò)承重鋼絞線連接。利用超大型液壓多點(diǎn)同步提升技術(shù)，將結(jié)構(gòu)一次性同步提升到位，多點(diǎn)液壓提升采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中每一個(gè)液壓提升器的獨(dú)立實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，為保證提升過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全性，嚴(yán)格控制提升同步引起的位移誤差，采用高精度全站儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)提升過(guò)程中關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)位移變化，使提升同步性控制得到雙保險(xiǎn)，從而達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)整體提升施工工藝中所需要的同步提升、姿態(tài)調(diào)整、單點(diǎn)毫米級(jí)微調(diào)。

三、大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體提升工藝流程及操作要點(diǎn)

（一）工藝流程

方案及計(jì)算模型制定→混凝土結(jié)構(gòu)施工→結(jié)構(gòu)核算及加固→桁架拼裝與支撐架設(shè)立→提升器及臨時(shí)措施安裝→桁架整體提升→桁架對(duì)接口桿件安裝、焊接→桁架提升部分分級(jí)卸載

（二）施工操作要點(diǎn)

1、桁架拼裝與提升支撐架立設(shè)

經(jīng)過(guò)模型計(jì)算拼裝胎架搭、提升支撐架設(shè)形式。拼裝胎架用于鋼結(jié)構(gòu)拼裝，提升胎架用于提升設(shè)備安裝以及提升輔助。

2、提升設(shè)備及臨時(shí)系桿安裝張拉

待桁架發(fā)散吊裝段和提升段施工完畢后進(jìn)行提升設(shè)備的安裝。

2.1提升上吊點(diǎn)

采用液壓同步提升系統(tǒng)進(jìn)行整體提升，需要設(shè)置專(zhuān)用提升平臺(tái)，即合理的提升上吊點(diǎn)，提升上吊點(diǎn)布置液壓提升器，提升器通過(guò)提升專(zhuān)用鋼絞線與待提升構(gòu)件上的對(duì)應(yīng)小吊具相連接。

2.2臨時(shí)系桿設(shè)置

原結(jié)構(gòu)在指定位置斷開(kāi)后，改變了受力形式，故須在拱結(jié)構(gòu)下設(shè)置臨時(shí)系桿（也可稱(chēng)為平衡拉索），用來(lái)控制、調(diào)整提升單元的形態(tài)。

2.3提升下吊點(diǎn)

中間部分采用分塊提升的方案安裝就位。下吊點(diǎn)設(shè)置在結(jié)構(gòu)被提升段的下弦，在結(jié)構(gòu)提升段的下弦上局部加固并設(shè)置L型耳板，兩端分別通過(guò)銷(xiāo)軸與吊具（籠）及臨時(shí)系桿相連。

2.4提升設(shè)備及鋼絞線的選擇

液壓提升系統(tǒng)主要由液壓提升器、泵源系統(tǒng)、傳感檢測(cè)及計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)組成。提升器的配置主要考慮吊點(diǎn)提升力及水平張拉力。根據(jù)拉力不同配置不同液壓提升器、鋼絞線。

3、桁架提升

3.1同步吊點(diǎn)設(shè)置

每臺(tái)液壓提升器處各設(shè)置一套行程傳感器，用以測(cè)量提升過(guò)程中各臺(tái)液壓提升器的提升位移同步性。

3.2提升分級(jí)加載

通過(guò)試提升過(guò)程中對(duì)桁架、提升臨時(shí)措施、提升設(shè)備系統(tǒng)的觀察和監(jiān)測(cè)，確認(rèn)符合模擬工況計(jì)算和設(shè)計(jì)條件，保證提升過(guò)程的安全。以計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的各提升吊點(diǎn)反力值為依據(jù)，對(duì)提升單元進(jìn)行分級(jí)加載（試提升），依次為20%、40%、60%、70%、80%;在確認(rèn)各部分無(wú)異常的情況下，可繼續(xù)加載到90%、95%、100%，直至桁架提升單元全部脫離拼裝胎架。

3.3結(jié)構(gòu)離地檢查

提升單元離開(kāi)拼裝胎架約100mm后，利用液壓提升系統(tǒng)設(shè)備鎖定，空中停留12小時(shí)后作全面檢查（包括吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，承重體系和提升設(shè)備等），各項(xiàng)檢查正常無(wú)誤，再進(jìn)行正式提升。

3.4姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整

用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)各吊點(diǎn)的離地距離，計(jì)算出各吊點(diǎn)相對(duì)高差。通過(guò)液壓提升系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整各吊點(diǎn)高度，使網(wǎng)架提升單元達(dá)到設(shè)計(jì)姿態(tài)。

3.5整體同步提升

以調(diào)整后的各吊點(diǎn)高度為新的起始位置，復(fù)位位移傳感器。在桁架整體提升過(guò)程中，保持該姿態(tài)直至提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高附近。

3.6提升過(guò)程中的微調(diào)

桁架結(jié)構(gòu)在提升過(guò)程中，因?yàn)榭罩凶藨B(tài)調(diào)整和后裝桿件安裝等需要進(jìn)行高度微調(diào)。根據(jù)需要，對(duì)整個(gè)液壓提升系統(tǒng)中各個(gè)吊點(diǎn)的液壓提升器進(jìn)行同步微動(dòng)（上升或下降），或者對(duì)單臺(tái)液壓提升器進(jìn)行微動(dòng)調(diào)整。微動(dòng)即點(diǎn)動(dòng)調(diào)整精度可以達(dá)到毫米級(jí)，完全可以滿足結(jié)構(gòu)安裝的精度需要。

4、對(duì)接口焊接以及后裝桿件安裝

對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，保證結(jié)構(gòu)的水平位置、標(biāo)高等達(dá)到要求后將首先將弦桿對(duì)接焊縫進(jìn)行焊接，焊接完成后安裝對(duì)結(jié)構(gòu)附近的腹桿、次桁架等后裝桿件。

5、設(shè)備拆除及桁架分級(jí)卸載

5.1設(shè)備拆除

拆卸控制系統(tǒng)→拆卸液壓系統(tǒng)→拆卸提升地錨→拆卸提升油缸→拆卸鋼絞線。

5.2提升支撐架卸載

卸載采用 “同步等距”卸載方式。即每個(gè)提升單元提升完成后，在支撐架頂部同時(shí)安排操作工人對(duì)支撐架進(jìn)行切割、卸載。根據(jù)Sap2000模型計(jì)算結(jié)果，統(tǒng)計(jì)各個(gè)支撐點(diǎn)寫(xiě)在前后的豎向位移，分幾次逐步卸載。

四、新建濟(jì)南至青島高速鐵路濟(jì)南東站站房及相關(guān)工程應(yīng)用實(shí)例

（一）工程概況

工程總建筑面積17.48萬(wàn)㎡，候車(chē)大廳屋蓋采用大型雙曲面鋼結(jié)構(gòu)拱頂結(jié)構(gòu)，其跨度為122～156m，拱高29～36m，南北方向長(zhǎng)408.6m，拱頂為漸變式拋物線數(shù)學(xué)模型。結(jié)構(gòu)形式采用大跨度空間桁架體系，20榀主桁架為空間倒三角管桁架;鋼屋蓋拱腳處結(jié)構(gòu)體系采用：鋼筋混凝土承臺(tái)+連接承臺(tái)的預(yù)應(yīng)力鋼拉索+鋼管混凝土斜柱+鋼管立柱。

（二）鋼結(jié)構(gòu)提升工藝應(yīng)用效果

采用桁架整體提升施工方法，屋蓋施工完成后經(jīng)過(guò)測(cè)量、超聲波探傷等檢測(cè)滿足了相關(guān)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中適用條文規(guī)定要求。同時(shí)采用此工藝大大簡(jiǎn)化了施工工序，有效的提高了施工效率，縮短了工期，減少了大量的措施費(fèi)用，總體施工效果良好。提升示意如下圖：

（三）工期指標(biāo)分析

采用提升方案施工，屋面檁條、吊頂龍骨可在拼裝時(shí)進(jìn)行安裝，同桁架一起進(jìn)行提升，降低施工高度、節(jié)約施工時(shí)間，濟(jì)南東站項(xiàng)目20榀桁架共計(jì)施工7個(gè)月，其中包含胎架的立設(shè)時(shí)間，待桁架提升完畢之后下部拼裝胎架即可拆除，工作量相對(duì)較小，其他單位可以穿插進(jìn)行施工。根據(jù)胎架設(shè)立高度推算工程量，采用桁架原位拼裝的方法胎架用量將增加一倍左右，施工工期最少在8個(gè)月。故而，桁架提升發(fā)施工使工期縮短約30天。

五、 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)許多超大型綜合體建筑設(shè)計(jì)成大跨度無(wú)中間支撐的結(jié)構(gòu)形式來(lái)保證整體美觀性，而用鋼結(jié)構(gòu)作為上部結(jié)構(gòu)體系解決了跨度大、無(wú)支撐的結(jié)構(gòu)難題，但跨度過(guò)大后就需要在下部基礎(chǔ)上增加設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼索來(lái)平衡整體受力。其中大跨度鋼結(jié)構(gòu)采用提升的施工方案對(duì)于質(zhì)量、安全、工期來(lái)講比較適合，預(yù)應(yīng)力結(jié)合上部結(jié)構(gòu)施工的不同階段進(jìn)行分級(jí)張拉施工。鋼桁架提升施工的方法，大大的提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的速度，也保證了質(zhì)量和安全。