重型超大跨度站房钢桁架提升关键技术

产运节， 史凯庆， 姚宏生

(1.中国铁路上海局集团有限公司苏北铁路工程建设指挥部，江苏 徐州 221000；2.中建交通建设集团有限公司,北京 100167)

1 工程概况

盐城站站房工程总建筑面积为49 964 m2，建筑最高点高度为34 m，站房建筑外形如宝石形，总长度223 m，宽度约110～142 m，商业层支承标高16.2 m，两侧两榀桁架支承标高8.5 m。屋盖采用空间桁架结构体系，共12榀，跨度92～120 m，总重约6 770 t，属于典型的重型超大跨度站房钢桁架结构[1-4]。桁架跨中上、下弦杆间距约3 m，两侧上、下弦杆约7 m，各榀桁架空间由系杆连接，并沿长度方向设置上弦平面支撑。屋面上弦采用∅500 mm无缝钢管，下弦呈折拱形，为变截面梯形截面，转折处最大截面约500 mm×1 200 mm，柱脚截面约500 mm×600 mm。钢桁架采用无缝钢管对接拼装而成，腹杆与弦杆之间全部为相贯线结构，支座用钢管与铸钢件焊接而成。

2 屋盖整体提升施工技术

2.1 整体提升方案

综合考虑施工质量﹑成本﹑工期﹑安全等目标，屋盖桁架结构决定采用液压整体同步提升技术进行施工，将屋盖在楼面拼装成整体，再利用液压同步系统将其整体提升到设计标高，最后进行支座处的补杆焊接安装。施工工艺流程为：拼装胎架上拼装→安装液压提升系统→提升前设备检查测试→试提升离开拼装平台→结构及提升设备设施检查→结构整体同步提升→空中姿态微调→补装剩余杆件→液压提升设备拆除→提升临时设施拆除→安装完成。

本工程12榀主桁架采用液压提升器提升就位，总提升重量约为 5 700 t，共分成 4个提升分区(见图1)，逐个采用液压同步提升安装到位。一区HJ-1轴～HJ-2轴，二区 HJ-3轴～HJ-6轴，三区 HJ-7轴～HJ-10轴，四区 HJ-11轴～HJ-12轴。施工首先提升二区、三区；然后提升一区、四区。各区间檩条及次梁结构待提升完成后补装。各分区间端部上弦共用一个节点，一、二区间节点随一区预装，二区相关杆件后补。

图1 提升区域平面图

桁架在端部位置断开，并进行加固，并在结构下部支撑柱上或预装段上安装提升支架作为提升上吊点。提升过程示意如图2和图3所示。

2.2 提升结构数值分析

因提升作业中加速度小，故不考虑动力系数。

图2 提升开始

图3 提升到位

边界条件：提升吊点为z向固定、xy向弹簧(模拟提升约束)。荷载：自重。荷载组合：①强度及稳定(1.35×自重)；②支座反力及变形(1×自重)。

利用有限元分析提升成型与一次成型安装杆件应力比，发现提升成型结构应力比最大为0.422，一次成型结构应力比最大为0.402。

2.3 支撑体系设置

本工程共设计24根型钢混凝土柱，其中高架层16根，东西站房8根，因为型钢混凝土立柱两侧预留了商业夹层的预埋件，因此考虑在混凝土立柱侧面设置支撑胎架，在胎架上放置液压提升设备。

根据钢桁架结构形式及支座布置情况，现场采用拼装胎架作为支撑体系，胎架主要选用1 m×1 m×1.5 m、1 m×1 m×1.5 m装配式格构架及军用贝雷片3 m×1.5 m﹑2 m×1.5 m框架格构式结构。

采用MIDAS GEN 8.5.6选取受力最不利的格构支撑进行承载力计算。荷载考虑胎架结构自重D(支撑架最大高度约16 m)及桁架结构荷载L，荷载组合考虑1.2D+1.2L。

根据临时支撑计算结果可以知道，临时支撑最大变形不大于15.77 mm，应力比0.88<1，一阶屈曲特征值8.54>2，满足要求。

2.4 提升平台设计

整体提升过程支撑体系的设置非常关键，直接影响到网架提升的安全和质量[5-6]。由于支座顶标高16.1 m，因此，需在各个顶升点设置支架，支架在整体提升过程中起到反力转换﹑行程转换﹑安全防护作用。整体提升时，下部提升单元的自重与施工荷载作用在临时支架上，为保证安全，对施工临时支架工作时的荷载及失效机理做详细分析。

支架标准节采用三角形截面，三角形截面为格构式，主结构高度12.65 m，三角形截面由∅219 mm×14 mm钢管组成，加劲板取PL20，支架所用圆管、法兰盘、加劲板均采用Q345材质钢材，弹性模量E=2.0×105N/mm2，剪切模量G=8.0×105N/mm2。抗拉﹑抗压﹑抗弯强度设计值为295 N/mm2。支架立面图如图4所示，支架尺寸12.6 m×2.5 m。

图4 提升支架结构

采用MIDAS GEN 8.5.6选取受力最不利的格构支架进行承载力计算。荷载考虑胎架结构自重D及桁架结构荷载L，荷载组合考虑1.2D+1.2L。最大应力比0.65<1，满足规范要求。

2.5 提升装备配置

桁架采用“楼面拼装+分块分区提升”，提升的钢结构需要设置吊点来进行提升。根据模型模拟分析结果，选用TJJ-2000及TJJ-3500型液压提升器(额定提升能力为2 000 kN及3 500 kN)。TJJ-2000型提升器配用∅15.24 mm钢绞线，破断力为26 t；TJJ-3500型提升器配用∅18 mm钢绞线，破断力为35 t。各提升区域提升器配置为：一区2个200 t下吊具，3套200 t吊笼；二区6个200 t下吊具、2个350 t下吊具、3套200 t吊笼、1套350 t吊笼；三区4个200 t下吊具、4个350 t下吊具、2套200 t吊笼、2套350 t吊笼；四区6个200 t下吊具、4套200 t吊笼。

2.6 提升吊点布置

采用液压同步提升系统进行整体提升，提升上吊点布置液压提升器，提升器通过提升专用钢绞线与待提升构件上的对应小吊具相连接。

提升上吊点：上吊点设置在提升胎架上，将提升梁两端搁置于两根弦杆上，局部加固，提升梁上开孔，使钢绞线穿过。上吊点共设置两种形式，如图5和图6所示。

图5 提升上吊点一 图6 提升上吊点二

提升下吊点：提升下吊点对应于上吊点而设置，在上吊点对应位置的原结构上弦杆件布置下吊具，通过钢绞线与提升上吊点内的提升器连接，共有两种类型的提升下吊点：

第一种，下吊点为临时球节点，提升下吊点设计为在提升上吊点正下方位置安装临时球结构方式，临时球结构与附近原结构连接承载，再通过提升专用地锚、钢绞线与提升上吊点、液压提升器相连，通过提升器的反复作业完成结构的提升工作。

第二种，下吊点设置在结构被提升段的下弦上，在结构提升段的下弦上局部加固并设置L型耳板，两端分别通过销轴与吊具(笼)相连。

2.7 整体提升实施过程

(1)提升设备安装：液压提升器在地面穿好钢绞线后，利用吊车将液压提升器吊装至提升平台，每台提升器底部采用压板固定。

在液压提升实施时，提升器顶部需预留出一定长度的钢绞线，为保证提升器出线顺畅，必须控制预留钢绞线的导出方向，因此在距离提升器顶部50 cm设置导向架，以确保钢绞线的顺利运行。

导向架采用施工现场的方通制作而成，导向架的设置考虑油管﹑传感器安装方便和不影响钢绞线自由下坠等因素，将其布置在提升器顶端，横梁离锚固点高约1.5 m。

钢绞线安装：钢绞线从液压提升器下部向上部穿出，每束钢绞线尾端应大致平齐，顶端以夹头和锚片进行固定。

(2)进行整体提升施工前，需对液压提升系统进行检查及调试，以保证提升安全顺利实施。检查的对象包括钢绞线﹑液压泵源系统﹑提升障碍物﹑传感器以及液压提升器，同时对液压泵源系统和液压提升器进行调试。

(3)试提升：拆除辅助拼装的支撑，将结构提升离开拼装平台约25 cm高，12 h内不断，测量结构变形情况，观察提升系统﹑计算机控制系统信号正常。

(4)正式提升：各吊点处的液压提升系统伸缩缸压力分级增加，依次为20%、60%、80%，在确认各部分无异常的情况下，可继续加载至90%、100%，直至钢结构提升单元全部脱离拼装胎架。

结构在静停后匀速上升，随时注意结构﹑提升架变形情况。注意提升系统的安全措施，确保突发事件的应急处置到位。提升过程中，提升区域不能有障碍物，设置专人观察钢绞线﹑锚固点等工作情况，与提升无关人员禁止进入提升现场。提升过程见图7、图8。

图7 脱离胎架 图8 提升到位

(5)提升就位：提升到指定高度，后补杆件，在绝对静止﹑温度变化小的状态下焊接。结构安装焊接完成后，分级卸载﹑直至所有荷载承受在原结构上，控制和检测负载状况，保证结构变形在安全和可控范围内拆除提升设备。

3 结束语

通过对站房钢桁架采用“楼面拼装、整体提升”吊装施工技术，表明该方法具有安全可靠、效率高、施工快捷等优点，适于这种大跨度、大吨位结构的吊装施工。另外，根据本工程经验，应注意：在提升过程中下部支撑结构受力与设计荷载状态不同，应根据提升系统与预提力进行下部支撑结构承载力验算，以确保施工过程的结构安全性。