高架站房大跨度鋼結構網架附著式提升施工方法研究

石建彬

（中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司，山西太原 030006）

1 技術背景

渝昆高鐵與自宜鐵路共同使用的站房設計獨具匠心，其結構布局劃分為西側式站房、高聳的高架站房以及東側式站房三大部分。整體站房的建筑面積達到驚人的47064m2，其建筑高度更是高達34.55m。在站房的屋蓋結構設計上，采用了先進的四角錐焊接球網架結構，其確保了站房的穩固與安全。站房的鋼結構含量高達1607t，其中鋼結構網架分為西站房網架、高聳壯觀的高架站房網架以及東站房網架，各自承載著不同的功能。東站房的屋蓋平面尺寸約為185m×33m，其最大的跨度達到了63m，最大矢高為4m。高架站房的屋蓋平面尺寸則約為110m×124m，同樣擁有63m 的最大跨度，但其最大矢高卻達到了5m。而西站房的屋蓋平面尺寸則約為193m×48m，其最大跨度更是達到了81m，最大矢高更是高達10m。

伴隨著我國的經濟飛速提升，特別是在網格結構的建設上，使得焊接球形網格結構在大型建筑項目上的運用日益廣泛[1-5]。目前，網架結構的安裝方法具有多樣性。這些方法包括搭設滿堂腳手架進行原位拼裝、整體拼裝分塊提升以及定點拼裝分塊累積滑移等。在這些方法中，整體拼裝分塊提升具有許多特點，比如機械化程度高、造價成本低、施工效率高、現場質量易于操控、施工便捷等優勢。因此，它已經被廣泛地應用于工程實際中[6-7]。然而，目前在鋼結構提升速度慢、施工成本高等問題需解決[8-12]。

鑒于此，對鋼結構網架施工常用的方法進行比較、分析并結合新工藝，最終形成高架站房大跨度鋼結構網架附著式提升施工方法。施工可有效提升現場施工質量、節省工程造價、縮短施工周期，取得了良好的經濟效益和社會效益，尤其對“橋建合一”“上進下出式”高鐵站房工程，具有普遍推廣意義。

2 高架站房大跨度鋼結構網架附著式提升施工原理

2.1 屋蓋網架提升架底板結構加固

高架站房網架安裝采用整體拼裝分塊提升的方式進行施工。提升設備主要受力構件為提升支架，提升架節點如下：門式提升器下部地梁選用HM488mm×300mm×11mm×18mm 用于9.45m 樓面轉換梁，將門式提升架的荷載通過轉換梁傳遞到混凝土結構梁上，轉換梁與混凝土梁結構梁采用埋件進行固定連接。為了保證混凝土轉換梁受力可靠，提前就提升架方案與設計院進行了溝通，增大了轉換梁配筋，保證網架提升過程中結構安全。

2.2 BIM 仿真建模結構分析

通過BIM 分析模型的建立，對設計結構碰撞檢測和施工過程仿真進行分析。結合網架屋蓋的結構特點，通過模型對結構施工過程中同步提升結構的受力分析。利用BIM 建模對施工過程和網架結構進行模擬，極大的提升現場施工組織效率。

2.3 提升架選型及布設

利用高架站房天窗位置進行提升區分區，通過提升結構的重量計算分析選取滿足承載要求的提升架方式、提升器、鋼絞線。通過門式提升架與附著式提升架組合，每個提升段對稱設置提升點，通過“四點”對每一片網架進行提升，極大的降低提升風險。

2.4 網架拼裝段提升同步控制

利用提升液壓泵站系統、同步控制系統對網架提升同步控制，通過位移傳感器同步控制各個提升壓力裝置的提升高度，從而實現同步動態控制。試提升過程對提升設施和設備系統以及結構網架的實時監控和調整，以此滿足工程計算和設計條件等要求，進而保證提升的安全性。在試提升過程中，包括對提升逐級加載、結構離地檢控、位置檢測調控、提升速度把控等步驟，通過微調提升過程中的各項參數，使得對網架結構、提升設施以及提升設備系統的順利進行，確認其符合模擬工況計算和設計條件，從而確保提升過程的安全性。

3 工藝流程與操作要點

3.1 工藝流程

焊接球型網架安裝提升施工主要包括施工準備、BIM 仿真模型建立、網架拼裝段組裝、提升架設置及布設、網架拼裝段同步提升、補桿、網架卸載等施工工序，門式提升架構件、提升柱及梁、埋件等構件通過預制廠預制。圖1 為屋蓋網架提升施工的現場施工工藝流程，清晰地展示了施工過程中的各個環節與步驟。

圖1 屋蓋網架整體提升施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

（1）準備施工中所需設備儀器及材料，確保其規格和數量滿足施工需求，并經過地市級以上計量監督單位的標定驗證，確保準確性。

（2）根據現場實際情況編制《大跨度鋼結構網架附著式提升施工方案》，經過專家安全認證并獲得批準后執行。

（3）根據設計文件采購所需的提升架、反撐桿、提升器、臨時提升球、液壓提升器、液壓泵源系統、同步控制系統、傳感器、鋼絞線等建筑材料。

（4）詳細制定施工工藝和相關參數以及質量應急措施要求，在質量把控等難點方面與設計單位共同分析研究，指出相應解決方案，以此完成兩方工程技術的交底。

（5）對施工現場環境進行摸底，包括施工條件和建筑結構特點，同時對所需施工設備儀器以及相關工藝進行順序編排，此外，對施工過程中所需組織以及管理方面進行安置，從而從整體上確保施工過程中各個方面能夠有序進行，有機結合。

3.2.2 結構分析模型

（1）通過對工程文件和現場要求的詳細了解，完成BIM 分析模型的建立，通過對結構碰撞檢測以及施工過程仿真的分析情況，完成提升分區模型的建立。

（2）根據鋼網架屋蓋施工圖，結合網架屋蓋的結構特點，建立分析模型，對結構施工過程中同步提升結構的受力情況。

3.2.3 提升架布置

（1）門式提升架。在天窗的可用空間內，布置了臨時桿件和吊點球，這些元素構成了門式提升架的基礎結構。提升架的立柱采用Q235B 標準的φ140×4.0 鋼管，確保了結構的穩固和耐用。綴條部分則選用了Q235B 規格的L50mm×5mm 角鋼，為整體結構提供了額外的支撐和穩定性。連接部分統一使用Q235B 的鋼板材質，保證了結構的整體性和可靠性。門式提升架的平面尺寸經過精心計算，確定為1.7m×1.7m，滿足了施工需求。在提升架的關鍵部位，如格構柱的柱頂，采用熱軋H 型鋼HW300mm×300mm×10mm×15mm 作為胎帽，這種材料能夠有效承受提升過程中的各種應力。底座梁和提升梁則選用了雙拼熱軋H 型鋼HN500mm×200mm×10mm×16mm，提高了梁的承載能力和抗彎剛度，確保提升過程的平穩和安全。胎帽、底座梁和提升梁均采用了Q355 材質。

（2）附著提升架。附著提升架因為荷載小，空間狹小，故采用原網架結構提升，提升梁采用箱型B400mm×16mm，立柱和后拉桿采用圓管P219mm×10mm，側向系桿采用圓管P127mm×5mm，材質均為Q355。

（3）柱頂提升架。柱頂提升架由牛腿及埋件、立柱、系桿、分配梁和提升梁組成，提升梁采用箱型B400mm×16mm，分配梁采用HW300mm×300mm×10mm×15mm，立柱采用圓管P180mm×10mm，綴桿采用圓管P127mm×5mm 牛腿采用焊接H400mm×300mm×20mm×20mm，材質均為Q355。

3.2.4 提升架布設

（1）根據高架站房天窗位置進行提升區分區，通過提升結構的重量計算分析選取滿足承載要求的提升架方式、提升器，并進行現場瓶裝，連接牢固。

（2）采用臨時下吊點球結構，并使提升器的中點與下吊點球中心在同一垂直線上。

（3）工程設計中考慮到導向方向的便捷因素，位置要求將提升器安裝于鋼絞線導向架的下方，一方面保證油管和相關傳感器的安裝，另一方面，鋼絞線自由下墜情況。導向架的橫梁通常設置在比提升器天錨略高的位置，為1.5～2.0m，并且最佳設計位置是偏離提升器中心5～10cm。

3.2.5 網架拼裝段組裝

（1）在結構板上首先放置下弦節點墊板，其次安裝定位6 個下弦球節點及節點間的下弦桿。

（2）繼續安裝下弦球節點及下弦桿。

（3）安裝上弦球節點和腹桿。

（4）繼續安裝上弦球節點和腹桿。

（5）完成一個分區網架拼裝，準備提升施工。

3.2.6 網架提升

（1）逐步加載。在網架鋼結構的試提升階段，采用逐步加載技術。通過地面液壓泵源系統精確控制液壓提升系統，按照20%、40%、60%、80%的遞增比例逐步施加荷載。每一級加載后，確保結構無異常，才進行下一級加載，直至達到100%的預定荷載，使網架結構順利脫離拼裝胎架。

（2）離地檢測。完成加載后，使提升單元平穩離地約500mm。隨后，通過液壓提升系統使結構在空中穩定懸停半天，進行全面的安全檢查。在確保結構穩定、無異常后，方可進行正式的網架提升。

（3）整體提升。整體提升過程中，每個提升器的行程設定為250mm，整體提升速度控制在約5m/h。當網架結構提升至指定位置后，停止提升。通過對吊點的微調，確保主網架弦桿精確達到設計要求的位置。此過程要嚴格控制各吊點的提升加載力，確保結構安全穩定。

3.2.7 網架補桿與連接

在液壓提升系統暫停并確保結構單元穩定懸停后，對部分網架與原位拼裝部分進行快速補桿連接，形成完整的受力體系。所有補加的焊縫必須經過嚴格的探傷檢測，確保質量合格后方可進行下一步的卸載操作。

3.2.8 卸載流程

卸載過程中，逐步提升加載的比例，首先使各吊點完成10%的卸載。若卸載過程中出現載荷轉移，即某位置卸載過快導致其他位置承受額外載荷，需立即通過監控系統監測載荷和位移情況，調整泵站液壓，降低卸荷速率。此過程需反復進行，直至鋼絞線完全松弛，確保結構安全卸載。

4 關鍵技術改進研究

（1）該方法在主體施工階段對鋼架提升架基礎范圍結構進行了加強，避免了后期因主體結構承載力不足造成原有結構破壞或重新搭設下部支撐架體。

（2）該方法將把部分提升點附著在既有框架柱及已施工完成的網架上面，巧妙李永原結構及已施工完成網架自重作為提升配重。

（3）該方法采用BIM 技術對施工過程和屋架結構進行模擬，對施工區域模擬劃分區域，并通過位移傳感器同步控制各個提升液壓裝置的提升高度，不但實現了對網架拼裝段提升過程中的同步動態控制，而且可以極大的提升現場施工組織的效率。

（4）該方法利用自身結構特點，在天窗位置對稱設置提升門式架，通過與附著式提升點進行組合，“四點”對每一片網架進行提升，極大的降低了網架提升風險。

5 結語

（1）鋼結構屋面網架原位拼裝和分塊提升相結合的方式，使得鋼結構網架施工更加簡單快捷，且大大降低安全施工風險。同時自制小型網架吊裝裝置的使用，極大的方便了現場網架拼裝速度，加快了現場施工進度。

（2）屋蓋鋼結構網架原位拼裝和分塊提升相結合的施工方式相對鋼結構滑移施工，不僅降低造價，縮短工期，同時大幅減少了高空作業危險。

（3）該方法采用原位拼裝和分塊提升的組合方案減少了高空焊接及拼裝的工作，降低了焊渣及粉塵對環境的污染；本工法所需的動力較小，在一定程度上節約了社會資源。

（4）根據現場事例，該方法能有效提升現場施工質量、節省工程造價、縮短施工周期等優勢，能夠取得了良好的經濟效益和社會效益，尤其對“橋建合一”“上進下出式”高鐵站房工程，具有普遍推廣意義。