昌平站站房鋼結構屋蓋累計滑移技術

藍燕強

【摘要】京張高鐵昌平站站房屋蓋為鋼桁架結構，采用累計滑移施工技術，一方面解決了場地狹小、環境復雜情況下鋼結構桁架拼裝的難題;另一方面避免了高空散拼工法需搭設滿堂紅腳手架，施工周期長、施工投入大帶來的弊端。鋼結構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、推力計算等關鍵技術把控，為工程質量、進度、效益等方面提供了技術保障，同時本工程中的主要臨時設施設置、常見故障及應急預案也可為類似工程提供參考。

【關鍵詞】結構屋蓋;累計滑移技術

1、工程概況

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

站房屋蓋結構形式為鋼管桁架結構和鋼筋混凝土柱相組合，桁架結構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件，以倒三角形狀組成空間結構體系。主、次桁架無縫鋼管間采用相關焊接;主、次桁架與檁條間采用螺栓連接。屋蓋鋼結構桁架外形尺寸為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

昌平站東側為既有昌流路，連接昌平區馬池口鎮上念頭和下念頭兩個村莊，無法長期占壓使用;西側為京包鐵路營業線路，日常同行北京市S2線市郊列車及貨運列車;南側為新建昌平站信號樓及通信鐵塔。基于上述場地條件限制，利用站房北部鋼筋混凝土屋面作為鋼結構現場拼裝場地，屋面標高為+9.9米;利用站房與北側新建宿舍樓之間通道作為鋼結構吊裝車輛站位。

從H型鋼拼裝平臺向屋面沿著兩道鋼筋混凝土結構梁上，向另一側分別設置一條水平滑移軌道。在拼裝平臺上進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，將結構整體頂起，拆除滑移軌道，安裝成品球形支座，并將屋蓋鋼桁架結構落在支座上，校正無誤后柱腳底板與支座圍焊。

3、施工機具及電力方案

按照總體累計滑移方案和昌平站站房實際情況，現場鋼結構施工作業主要設備為：同步液壓泵、CO2焊機、直流焊機、砂輪機及空氣壓縮機等，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

考慮到施工現場的不確定因素，施工現場鋼結構總用電量最高可達200KVA左右，現場無接入電源，現場配備一臺200KW發電機。

4、累計滑移關鍵技術

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置在H型鋼拼裝平臺鋼梁和鋼柱上，滑移單元拼裝時，產生的最大集中荷載數據如下：

由計算數據可知，最大Z向反力為107.48KN，為桁架第一段和第二段對接節點處，集中荷載為X向：0KN;Y向：-37.96KN;為保證施工安全，確保拼裝平臺結構的強度、剛度、穩定性，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，為確保拼裝平臺結構的絕對安全，將其恒荷載取1.15倍系數放大，荷載組合=1.15倍恒荷載+1.1倍活荷載+1倍X風載+1倍Y風載。并根據北京地區風壓系數0.45KN/M2分X、Y兩個面施加風荷載，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。

結構變形：最大X向變形為3.24mm，最大Z向變形為8.89mm<8800/400=22mm。

應力比：最大應力比為0.417，出現在支撐面鋼梁上。

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

（2）拼裝平臺布置

H型鋼鋼結構拼裝平臺為鋼框架結構，長度為32.6米，寬度為17.2米。站房北側鋼筋混凝土屋面柱頂澆筑前預設鋼板埋件，作為鋼結構拼裝平臺鋼柱柱腳生根基礎，鋼柱H型鋼為HM450×300×11/18。鋼柱頂部設置縱橫連接鋼梁，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，在鋼柱之間設置槽鋼作為柱間支撐，槽鋼型號為18b。與常規拼裝鋼結構桁架相同，拼裝平臺上布置工字鋼胎架架設屋蓋鋼結構桁架，并采用千斤頂調整桁架標高。

（3）軌道布置

分別在兩道標高為14米的鋼筋混凝土梁上設置滑移軌道，并與鋼筋混凝土框架柱頂埋件焊接連接。滑移軌道使用16#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量鋼結構桁架采用工廠加工，加工時以主桁架為主，次桁架遇主桁架斷開，并結合昌平站現場場地狹小及運輸條件，將每榀鋼結構主桁架分成三段，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輸到現場臨時場地進行存放。為防止運輸、吊放、拼裝和滑移過程中出現污染，鋼結構桁架面漆在施工現場涂裝。

4.3吊裝工況驗算

（1）吊車驗算

根據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，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，根據施工要求，本工程地面在級配砂石鋪設完成后，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

屋蓋鋼結構桁架分段吊裝后，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、標高、定位、起拱等參數進行調整，調整到預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，應搭設臨時高空支撐平臺，確保定位準確。

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，選用步進式液壓頂推器，通過后部頂緊主液壓缸產生頂推反力，實現被推移結構向前平移。反力結構利用滑道設置，液壓頂推器與被推移結構通過銷軸連接，當主液壓缸伸出時，頂緊裝置工作，自動頂緊滑道側面;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達到平衡。摩擦力F=滑靴在結構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為0.13～0.15，偏安全考慮取摩擦系數為0.15， 1.2為摩擦力的不均勻系數）。

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

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。本工程中桁架結構滑移施工設置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動力為50t，第一階段頂推設置兩個液壓頂推器，第二階段頂推增設兩個液壓頂推器。則頂推點的總頂推力設計值4×50=200t>50t，能夠滿足滑移施工的要求。

5、滑移主要臨時措施

桁架結構滑移時需設置滑移臨時措施，滑移臨時措施主要包括滑移軌道、滑靴、頂推耳板等。滑道結構由16a槽鋼、側向擋塊、滑塊組成，滑道結構布置在鋼筋混凝土梁上。頂推耳板到滑移軌道的距離為350mm。滑移臨時措施如下圖所示：

5.1滑移軌道設計

滑移軌道結構在桁架結構滑移過程中，起到承重、導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槽鋼及側擋塊組成。16a槽鋼與預埋件焊接固定，滑移過程中起到承重及導向作用。側擋板規格為20×40×150mm（材質Q345B），焊接在16a槽鋼翼緣兩側，起到抵抗滑移支座推力以及水平力作用。側擋板與槽鋼軌道及預埋件連接采用雙面角焊縫焊接連接，單塊側擋板焊縫所承受的最大頂推反力為500/4=125kN。焊縫設計高度hf=10mm時，焊縫設計強度：

滿足設計要求。

5.2滑靴的設置

滑靴設置在結構支座下方，每個支座位置設置一個。滑靴由滑移底座及鋼滑塊組成，滑靴為搭拼的型鋼，每個滑移底座設置3塊20mm厚加勁板（材質均為Q235B）。臨時支座（滑靴）與結構支座焊接連接，采用角焊縫連接，四面圍焊，焊腳尺寸10mm。滑移底座與鋼板焊接連接，采用角焊縫連接，四面圍焊，焊腳尺寸10mm。

5.3頂推耳板的設置

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

結語：

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

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