某交通中心鋼屋蓋施工方案比選及施工關(guān)鍵技術(shù)

丁堅龍,劉粟雨,章一瑜,劉 庭

(浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司,浙江 紹興 312030)

1 工程概況

1.1 項目概況

重慶東站項目位于重慶市南岸區(qū),總建筑面積約122萬m2。交通中心鋼屋蓋位于整個站房西側(cè)端部區(qū)域,為高大空間結(jié)構(gòu)(見圖1),中間高兩邊低,屋蓋最高點標(biāo)高46.000m(見圖2),最低處結(jié)構(gòu)標(biāo)高約37.500m,最大離地高度達(dá)57m,屋蓋結(jié)構(gòu)最大跨度達(dá)72m。屋蓋采用正交立體桁架,由柱頂桁架、主桁架、次桁架和天窗桁架組成。主桁架及天窗桁架呈曲面造型,多為空間彎弧構(gòu)件。鋼屋蓋下部支撐采用樹形柱、樹杈柱及圓管直柱(見圖3),支撐體系形式多樣,造型復(fù)雜。

圖1 交通中心鋼屋蓋三維效果Fig.1 Three-dimensional effect of traffic center steel roof

圖2 交通中心鋼屋蓋剖面(單位：m)Fig.2 Steel roof profile of traffic center(unit：m)

圖3 交通中心鋼屋蓋支撐柱示意Fig.3 Steel roof support column of traffic center

1.2 復(fù)雜施工條件

1.2.1土建結(jié)構(gòu)對鋼屋蓋施工制約影響大

1)交通中心區(qū)域下部樓層多、進(jìn)深大、空間關(guān)系復(fù)雜(見圖4),3層樓面設(shè)計有大面積洞口,4～6層結(jié)構(gòu)分兩側(cè)獨立布置,且不規(guī)則地向兩側(cè)縮進(jìn)。材料、吊裝機(jī)械上樓面施工難度極大。

圖4 交通中心下部土建結(jié)構(gòu)軸測圖Fig.4 Axonometric drawing of civil structure at the lower of traffic center

2)緊靠交通中心南、北兩側(cè)為2棟多層鐵路綜合開發(fā)房(西南樓及西北樓),其相應(yīng)樓層對鋼屋蓋施工投影作業(yè)面存在干涉。

1.2.2地形條件復(fù)雜

交通中心區(qū)域地勢高差大,結(jié)構(gòu)±0.000層與實際施工地面高差達(dá)11m,西側(cè)緊鄰規(guī)劃市政道路。

1.2.3專業(yè)交叉影響多

土建主體作業(yè)面移交時間直接影響鋼結(jié)構(gòu)工期,同時鋼結(jié)構(gòu)與屋面、幕墻、吊頂?shù)葘I(yè)相互關(guān)聯(lián)、相互制約、工作界面交接多。

2 施工方案比選

2.1 樓面拼裝累積提升(提升方案)

2.1.1方案概述

交通中心鋼屋蓋整體分為3個提升分區(qū)：1-1區(qū)、1-2區(qū)和1-3區(qū)(見圖5)。1-1區(qū)在出站層中間區(qū)域樓面上搭設(shè)支撐胎架(胎架搭設(shè)高度8～19m)進(jìn)行拼裝(見圖6);1-2區(qū)和1-3區(qū)位于交通換乘中心5,6層樓板上拼裝(胎架搭設(shè)高度7～17m)。1-1區(qū)第1次提升15.5m后與1-2區(qū)和1-3區(qū)對接成整體(見圖7),然后進(jìn)行第2次提升23.5m直至設(shè)計標(biāo)高(見圖8),再在對應(yīng)下方樓板上進(jìn)行下部C形柱的補裝和后施工桿件的補桿作業(yè),最后拆除提升工裝、整體卸載。

圖5 提升分區(qū)Fig.5 Lifting partition

圖6 鋼屋蓋分區(qū)樓面拼裝示意Fig.6 Floor assembly of steel roof partition

圖7 1-1區(qū)首次提升示意Fig.7 The first lifting of area 1-1

圖8 鋼屋蓋整體提升示意Fig.8 Overall lifting of steel roof

2.1.2提升施工條件

1)由于1-2區(qū)、1-3區(qū)需在樓面進(jìn)行拼裝作業(yè),樓板承載力有限,為滿足50t汽車式起重機(jī)行走及吊裝需求,需保留交通換乘中心5層下部腳手架。

2)屋蓋拼裝部分支撐胎架需落至綜合開發(fā)房屋西南樓及西北樓7層樓面,需溝通協(xié)調(diào)與其他單位標(biāo)段間的干涉影響。

3)提升施工需大量材料、機(jī)械上樓面作業(yè),在交通中心西側(cè)設(shè)置棧橋作為機(jī)械上料及上樓面通道。

2.2 累積滑移+局部原位吊裝(滑移方案)

2.2.1方案概述

圖9 交通中心鋼屋蓋施工分區(qū)Fig.9 Construction division of traffic center steel roof

圖10 滑移施工平面Fig.10 Sliding construction plan

2.2.2滑移施工條件

2)結(jié)構(gòu)西側(cè)因鄰近規(guī)劃的市政道路,若存在施工干涉,需協(xié)調(diào)。

2.3 方案對比分析

1)滑移方案機(jī)械投入型號大,提升方案機(jī)械數(shù)量多且需大量倒運機(jī)械,總體機(jī)械費用接近。

2)對于現(xiàn)場施工工藝措施的投入,提升方案比滑移方案多約700t,且提升架高度達(dá)40～65m,安拆工作量大,安拆難度較大,對保障整體工期不利。

3)滑移施工可在下部主體樓層結(jié)構(gòu)施工階段提前穿插,較提升方案可有效縮短施工工期。

4)提升方案作業(yè)面廣,對現(xiàn)場影響區(qū)域面大;提升單元5,6層樓面的材料均需利用起重機(jī)逐層倒運,施工效率低,組織難度大,工期保障難。

5)提升方案對整體混凝土結(jié)構(gòu)的影響面大,加固范圍大。對于鋼屋蓋原結(jié)構(gòu)加固而言,滑移方案加固量多于提升方案。

6)鋼屋蓋采用提升方案時,南、北兩側(cè)懸挑部分結(jié)構(gòu)投影面位于鐵路綜合開發(fā)房(西南樓及西北樓)區(qū)域,提升單元拼裝時支撐胎架落在開發(fā)房樓面,需協(xié)調(diào)相關(guān)標(biāo)段進(jìn)行施工配合及進(jìn)行承載力驗算與加固,協(xié)調(diào)工作較復(fù)雜。

綜合對比分析可知,在方案可行性和機(jī)械投入方面兩者結(jié)果相近。然而提升方案作業(yè)面廣、影響區(qū)域多,同時提升措施投入量大,在經(jīng)濟(jì)性、工期保證和協(xié)調(diào)組織上不及滑移方案,因此交通中心鋼屋蓋選用滑移方案更合理可行。

3 鋼屋蓋滑移施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 滑移軌道和拼裝平臺設(shè)計

1)滑移支撐體系及滑移軌道設(shè)計

滑移軌道及臨時支撐體系由格構(gòu)式支撐架、承軌桁架、連系梁、轉(zhuǎn)換鋼梁組成。格構(gòu)式支撐架高24～57m,其中57m高支撐架規(guī)格為3m×3m,其余支撐架規(guī)格為2.5m×2.5m。滑移軌道采用正三角桁架結(jié)構(gòu),高3m、寬2.5m,上弦桿規(guī)格均為H400×350×12×16,腹桿規(guī)格為 □120×5,□160×6,下弦桿規(guī)格為□200×7,材質(zhì)均為Q355B。

在支撐架頂部垂直滑軌方向拉設(shè)纜風(fēng)繩以保證滑移架整體側(cè)向穩(wěn)定,纜風(fēng)繩直徑為20mm,抗拉強度為1 670MPa,兩側(cè)纜風(fēng)繩通過埋件固定在兩側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)上。滑移支撐體系驗算結(jié)果如圖11所示。支撐體系頂部產(chǎn)生最大水平變形為30.5mm<40mm,滿足規(guī)范要求;承軌鋼梁最大豎向位移為16.68mm<18 604/600=31.0mm,滿足規(guī)范及施工精度要求。支撐架桿件最大應(yīng)力比為0.87<0.9,均滿足承載力要求。

圖11 滑移支撐體系驗算結(jié)果Fig.11 Calculation results of sliding support system

2)拼裝平臺設(shè)計

拼裝平臺由立體桁架及平面桁架組合而成,與滑移支撐體系相連形成整體平臺,設(shè)置在整個滑移體系端部。拼裝平臺尺寸為234m(長)×20.5m(寬)×2.5m(高),平臺四周設(shè)置防護(hù)欄桿。平臺結(jié)構(gòu)桿件采用箱形管,弦桿規(guī)格為□160×5,□140×5,腹桿規(guī)格為□100×5,材質(zhì)均為Q355B。平臺上部滿鋪成品板形成施工作業(yè)面。

拼裝平臺驗算結(jié)果如圖12所示。標(biāo)準(zhǔn)組合包絡(luò)下,平臺結(jié)構(gòu)豎向位移最大值為45.7mm,出現(xiàn)在懸挑位置,平臺懸挑長度為8.75m,根據(jù)JGJ 7—2010《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,懸挑立體桁架端部撓度限制為L/125=8 750/125=70mm>45.7mm,滿足要求。結(jié)構(gòu)在基本組合下桿件最大應(yīng)力比為0.86<1,滿足規(guī)范要求。

圖12 拼裝平臺驗算結(jié)果Fig.12 Calculation results of assembly platform

3.2 滑移單元劃分和滑移點設(shè)置

1)滑移單元劃分 滑移區(qū)分為5個滑移單元(見圖13),單個滑移單元寬度為12～17.5m。

圖13 滑移單元劃分平面Fig.13 Plan division of sliding unit

2)滑移點設(shè)置 結(jié)構(gòu)滑移共設(shè)置19個頂推點,每個頂推點布置1臺YS-PJ-50型液壓頂推器,在每條軌道上布置。單臺YS-PJ-50型液壓頂推器額定頂推驅(qū)動力為500kN,則頂推點總推力設(shè)計值為500×19=9 500kN>2 850kN,安全富裕度為：α=9 500/2 850=3.3>1.25。

根據(jù)以往施工經(jīng)驗及設(shè)計數(shù)據(jù),液壓頂推器采用以上安全富裕度系數(shù)進(jìn)行配置完全符合要求,能夠滿足滑移施工要求。滑靴設(shè)置在滑移單元中與軌道相交桁架下弦桿上,共44個。滑靴及頂推點布置如圖14所示。

圖14 滑靴及頂推點布置Fig.14 Layout of slippers and jacking points

3.3 滑移施工對原結(jié)構(gòu)的加固措施

由于屋蓋桁架結(jié)構(gòu)為非常規(guī)的通長縱橫交錯桁架,因此頂推點設(shè)置存在偏心于節(jié)點的情況。滑移時,為避免頂推受力桿件出現(xiàn)折彎,采取設(shè)置臨時加固桿件的方式,通過臨時加固桿件將力傳遞至節(jié)點上,提高滑移結(jié)構(gòu)整體剛度,臨時桿件規(guī)格為φ180×5,φ203×8,如圖15所示。臨時桁架加固如圖16所示。

圖15 臨時加固桿件Fig.15 Reinforcement measures of temporary bar

圖16 臨時桁架加固示意Fig.16 Reinforcement of temporary truss

由于滑移單元末端位于樹形柱頂部天窗,結(jié)構(gòu)設(shè)置的橫向桁架不連續(xù),存在懸挑的C形桁架,因此設(shè)置臨時平面桁架,控制滑移時因懸挑過大產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)形變。

3.4 屋蓋結(jié)構(gòu)卸載

滑移區(qū)滑移就位完成補桿、吊裝區(qū)結(jié)構(gòu)安裝就位且鋼屋蓋結(jié)構(gòu)成型后進(jìn)行卸載。交通中心屋蓋結(jié)構(gòu)整體從中間向兩側(cè)進(jìn)行分批卸載,每批進(jìn)行分級卸載,每級卸載量≤20mm(見圖17)。卸載過程屋蓋豎向位移計算分析如圖18所示。

圖17 滑移分區(qū)各滑靴支撐點卸載量Fig.17 Unloading amount of each slipper support point in sliding zone

圖18 卸載過程屋蓋豎向位移計算分析(單位：mm)Fig.18 Vertical displacement calculation and analysis of roof in the unloading process(unit： mm)

4 結(jié)語

本文對重慶東站交通中心鋼屋蓋施工方案選擇進(jìn)行了對比分析,并對相關(guān)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。結(jié)合鋼屋蓋本身結(jié)構(gòu)特點及交通中心屋蓋下部土建結(jié)構(gòu)及周邊條件情況,通過兩種方案的對比分析,綜合考慮采用累積滑移施工技術(shù)投入措施量少,作業(yè)面影響區(qū)域少;同時鋼屋蓋可提前穿插施工,有效縮短施工工期,實現(xiàn)屋蓋主體結(jié)構(gòu)提前封頂。