重型超大跨度站房鋼桁架提升關鍵技術

產運節， 史凱慶， 姚宏生

(1.中國鐵路上海局集團有限公司蘇北鐵路工程建設指揮部，江蘇 徐州 221000；2.中建交通建設集團有限公司,北京 100167)

1 工程概況

鹽城站站房工程總建筑面積為49 964 m2，建筑最高點高度為34 m，站房建筑外形如寶石形，總長度223 m，寬度約110～142 m，商業層支承標高16.2 m，兩側兩榀桁架支承標高8.5 m。屋蓋采用空間桁架結構體系，共12榀，跨度92～120 m，總重約6 770 t，屬于典型的重型超大跨度站房鋼桁架結構[1-4]。桁架跨中上、下弦桿間距約3 m，兩側上、下弦桿約7 m，各榀桁架空間由系桿連接，并沿長度方向設置上弦平面支撐。屋面上弦采用?500 mm無縫鋼管，下弦呈折拱形，為變截面梯形截面，轉折處最大截面約500 mm×1 200 mm，柱腳截面約500 mm×600 mm。鋼桁架采用無縫鋼管對接拼裝而成，腹桿與弦桿之間全部為相貫線結構，支座用鋼管與鑄鋼件焊接而成。

2 屋蓋整體提升施工技術

2.1 整體提升方案

綜合考慮施工質量﹑成本﹑工期﹑安全等目標，屋蓋桁架結構決定采用液壓整體同步提升技術進行施工，將屋蓋在樓面拼裝成整體，再利用液壓同步系統將其整體提升到設計標高，最后進行支座處的補桿焊接安裝。施工工藝流程為：拼裝胎架上拼裝→安裝液壓提升系統→提升前設備檢查測試→試提升離開拼裝平臺→結構及提升設備設施檢查→結構整體同步提升→空中姿態微調→補裝剩余桿件→液壓提升設備拆除→提升臨時設施拆除→安裝完成。

本工程12榀主桁架采用液壓提升器提升就位，總提升重量約為 5 700 t，共分成 4個提升分區(見圖1)，逐個采用液壓同步提升安裝到位。一區HJ-1軸～HJ-2軸，二區 HJ-3軸～HJ-6軸，三區 HJ-7軸～HJ-10軸，四區 HJ-11軸～HJ-12軸。施工首先提升二區、三區；然后提升一區、四區。各區間檁條及次梁結構待提升完成后補裝。各分區間端部上弦共用一個節點，一、二區間節點隨一區預裝，二區相關桿件后補。

圖1 提升區域平面圖

桁架在端部位置斷開，并進行加固，并在結構下部支撐柱上或預裝段上安裝提升支架作為提升上吊點。提升過程示意如圖2和圖3所示。

2.2 提升結構數值分析

因提升作業中加速度小，故不考慮動力系數。

圖2 提升開始

圖3 提升到位

邊界條件：提升吊點為z向固定、xy向彈簧(模擬提升約束)。荷載：自重。荷載組合：①強度及穩定(1.35×自重)；②支座反力及變形(1×自重)。

利用有限元分析提升成型與一次成型安裝桿件應力比，發現提升成型結構應力比最大為0.422，一次成型結構應力比最大為0.402。

2.3 支撐體系設置

本工程共設計24根型鋼混凝土柱，其中高架層16根，東西站房8根，因為型鋼混凝土立柱兩側預留了商業夾層的預埋件，因此考慮在混凝土立柱側面設置支撐胎架，在胎架上放置液壓提升設備。

根據鋼桁架結構形式及支座布置情況，現場采用拼裝胎架作為支撐體系，胎架主要選用1 m×1 m×1.5 m、1 m×1 m×1.5 m裝配式格構架及軍用貝雷片3 m×1.5 m﹑2 m×1.5 m框架格構式結構。

采用MIDAS GEN 8.5.6選取受力最不利的格構支撐進行承載力計算。荷載考慮胎架結構自重D(支撐架最大高度約16 m)及桁架結構荷載L，荷載組合考慮1.2D+1.2L。

根據臨時支撐計算結果可以知道，臨時支撐最大變形不大于15.77 mm，應力比0.88<1，一階屈曲特征值8.54>2，滿足要求。

2.4 提升平臺設計

整體提升過程支撐體系的設置非常關鍵，直接影響到網架提升的安全和質量[5-6]。由于支座頂標高16.1 m，因此，需在各個頂升點設置支架，支架在整體提升過程中起到反力轉換﹑行程轉換﹑安全防護作用。整體提升時，下部提升單元的自重與施工荷載作用在臨時支架上，為保證安全，對施工臨時支架工作時的荷載及失效機理做詳細分析。

支架標準節采用三角形截面，三角形截面為格構式，主結構高度12.65 m，三角形截面由?219 mm×14 mm鋼管組成，加勁板取PL20，支架所用圓管、法蘭盤、加勁板均采用Q345材質鋼材，彈性模量E=2.0×105N/mm2，剪切模量G=8.0×105N/mm2?？估p抗壓﹑抗彎強度設計值為295 N/mm2。支架立面圖如圖4所示，支架尺寸12.6 m×2.5 m。

圖4 提升支架結構

采用MIDAS GEN 8.5.6選取受力最不利的格構支架進行承載力計算。荷載考慮胎架結構自重D及桁架結構荷載L，荷載組合考慮1.2D+1.2L。最大應力比0.65<1，滿足規范要求。

2.5 提升裝備配置

桁架采用“樓面拼裝+分塊分區提升”，提升的鋼結構需要設置吊點來進行提升。根據模型模擬分析結果，選用TJJ-2000及TJJ-3500型液壓提升器(額定提升能力為2 000 kN及3 500 kN)。TJJ-2000型提升器配用?15.24 mm鋼絞線，破斷力為26 t；TJJ-3500型提升器配用?18 mm鋼絞線，破斷力為35 t。各提升區域提升器配置為：一區2個200 t下吊具，3套200 t吊籠；二區6個200 t下吊具、2個350 t下吊具、3套200 t吊籠、1套350 t吊籠；三區4個200 t下吊具、4個350 t下吊具、2套200 t吊籠、2套350 t吊籠；四區6個200 t下吊具、4套200 t吊籠。

2.6 提升吊點布置

采用液壓同步提升系統進行整體提升，提升上吊點布置液壓提升器，提升器通過提升專用鋼絞線與待提升構件上的對應小吊具相連接。

提升上吊點：上吊點設置在提升胎架上，將提升梁兩端擱置于兩根弦桿上，局部加固，提升梁上開孔，使鋼絞線穿過。上吊點共設置兩種形式，如圖5和圖6所示。

圖5 提升上吊點一 圖6 提升上吊點二

提升下吊點：提升下吊點對應于上吊點而設置，在上吊點對應位置的原結構上弦桿件布置下吊具，通過鋼絞線與提升上吊點內的提升器連接，共有兩種類型的提升下吊點：

第一種，下吊點為臨時球節點，提升下吊點設計為在提升上吊點正下方位置安裝臨時球結構方式，臨時球結構與附近原結構連接承載，再通過提升專用地錨、鋼絞線與提升上吊點、液壓提升器相連，通過提升器的反復作業完成結構的提升工作。

第二種，下吊點設置在結構被提升段的下弦上，在結構提升段的下弦上局部加固并設置L型耳板，兩端分別通過銷軸與吊具(籠)相連。

2.7 整體提升實施過程

(1)提升設備安裝：液壓提升器在地面穿好鋼絞線后，利用吊車將液壓提升器吊裝至提升平臺，每臺提升器底部采用壓板固定。

在液壓提升實施時，提升器頂部需預留出一定長度的鋼絞線，為保證提升器出線順暢，必須控制預留鋼絞線的導出方向，因此在距離提升器頂部50 cm設置導向架，以確保鋼絞線的順利運行。

導向架采用施工現場的方通制作而成，導向架的設置考慮油管﹑傳感器安裝方便和不影響鋼絞線自由下墜等因素，將其布置在提升器頂端，橫梁離錨固點高約1.5 m。

鋼絞線安裝：鋼絞線從液壓提升器下部向上部穿出，每束鋼絞線尾端應大致平齊，頂端以夾頭和錨片進行固定。

(2)進行整體提升施工前，需對液壓提升系統進行檢查及調試，以保證提升安全順利實施。檢查的對象包括鋼絞線﹑液壓泵源系統﹑提升障礙物﹑傳感器以及液壓提升器，同時對液壓泵源系統和液壓提升器進行調試。

(3)試提升：拆除輔助拼裝的支撐，將結構提升離開拼裝平臺約25 cm高，12 h內不斷，測量結構變形情況，觀察提升系統﹑計算機控制系統信號正常。

(4)正式提升：各吊點處的液壓提升系統伸縮缸壓力分級增加，依次為20%、60%、80%，在確認各部分無異常的情況下，可繼續加載至90%、100%，直至鋼結構提升單元全部脫離拼裝胎架。

結構在靜停后勻速上升，隨時注意結構﹑提升架變形情況。注意提升系統的安全措施，確保突發事件的應急處置到位。提升過程中，提升區域不能有障礙物，設置專人觀察鋼絞線﹑錨固點等工作情況，與提升無關人員禁止進入提升現場。提升過程見圖7、圖8。

圖7 脫離胎架 圖8 提升到位

(5)提升就位：提升到指定高度，后補桿件，在絕對靜止﹑溫度變化小的狀態下焊接。結構安裝焊接完成后，分級卸載﹑直至所有荷載承受在原結構上，控制和檢測負載狀況，保證結構變形在安全和可控范圍內拆除提升設備。

3 結束語

通過對站房鋼桁架采用“樓面拼裝、整體提升”吊裝施工技術，表明該方法具有安全可靠、效率高、施工快捷等優點，適于這種大跨度、大噸位結構的吊裝施工。另外，根據本工程經驗，應注意：在提升過程中下部支撐結構受力與設計荷載狀態不同，應根據提升系統與預提力進行下部支撐結構承載力驗算，以確保施工過程的結構安全性。