李斌

摘要：本文通過實例對鐵路站房大跨度鋼結構的吊裝技術進行了深入的研究。

關鍵詞：鐵路；大跨度鋼結構；吊裝技術

一、工程概況

某鐵路站房工程屋蓋結構形式為倒三角管桁架，平面呈矩形，東西寬約102米，南北長約350米，鋼桁架中間跨度達66m，兩側(cè)跨度為18m，桁架最高點標高為33.1m。屋蓋由18榀橫向主桁架、16榀橫向次桁架、6道縱向次桁架和上弦水平支撐組成，主桁架寬3.6m，高3.4—4.8m，次桁架寬3m，高1.8—4.2m。屋蓋桁架下部支撐為混凝土結構，桁架通過68個球鉸抗震支座與混凝土柱連接。站房最高點女兒墻檐口標高為40.8m，屋蓋鋼結構最高點標高為33.1m。站房工程的鋼結構主要分為鋼樓梯、站房屋蓋和北側(cè)進站雨棚三個部分。

結構體系構成圖

二、研究背景

我國的大跨度空間鋼結構得到了迅速的發(fā)展，輕型鋼結構是我國近期重點推薦的一種結構形式，它具有重量輕，造型輕巧美觀，施工速度快，經(jīng)濟性好等特點。在梁式屋蓋輕鋼結構中，三角形空間鋼管結構已經(jīng)引起人們的注意，這種結構由兩根上弦桿和一根下弦桿組成的三角形截面，所有桿件均采用鋼管組成的空間桁架結構。目前采用這種結構的建筑物基本屬于公共建筑，在國內(nèi)外運用均較為廣泛。

大跨度鋼桁架結構已是一種相當成熟的結構形式，滿足了人們對建筑美學以及內(nèi)部空間的需求，但是也因為結構形式的復雜多樣，施工場地的限制，導致桁架在拼裝安裝的施工難度越來越大。本研究主要的技術為“移動式工裝架提升”的施工技術，是根據(jù)結構形式的特點，現(xiàn)場場地條件，綜合國內(nèi)目前施工技術應用，以滿足某站屋蓋鋼桁架施工要求。

三、主要研究內(nèi)容

3.1施工方案的選擇

本工程屋蓋為倒三角管桁架結構體系，因截面大、重量大，無法滿足運輸條件，故采取在加工廠按照深化設計圖紙進行相貫線切割，以短料形式汽運至現(xiàn)場，現(xiàn)場組成分段空間結構，由大型吊車安裝，高空對接。

第一階段（U-K軸）：此階段現(xiàn)場場地條件較好，能夠滿足大型機械吊裝、行走、進出場要求，故選擇在施工現(xiàn)場空余場地進行桁架分段的拼裝，利用站房兩側(cè)布置大型機械直接安裝就位。

第二階段（K-A軸）：此部分屋蓋桁架分三個階段施工，且每個階段施工場地較小，工程量也較少，將6-8軸、11-13軸桁架在施工現(xiàn)場空余場地進行桁架分段的拼裝，利用站臺層布置150t履帶吊直接安裝就位；8-11軸桁架在高架層拼裝，利用布置在高架層移動式工裝提升架安裝主桁架，25t汽車吊上高架層樓面安裝次桁架。

3.2研究的過程

3.2.1屋蓋桁架分段的劃分

本工程桁架規(guī)格尺寸較大，無法滿足運輸條件，即工廠內(nèi)無法進行拼裝，只能通過構件相貫線切割完成后即散件打包運輸至現(xiàn)場。按照以下五點原則對桁架屋蓋結構進行合理的分段：

1、必須按照吊裝機械的起吊能力進行合理分段。

2、能夠滿足現(xiàn)場施工條件，能夠保證組裝的操作工藝要求。

3、在進行現(xiàn)場吊裝分段時，需要考慮到桿件受力情況，吊裝分段不能劃分在桿件內(nèi)力較大截面位置。

4、可以滿足加工廠制作的方便和運輸要求。

5、必須與深化設計分段方式一致，且形成體系與原設計體系相符。

在場外拼裝場地分段拼裝完成后，運輸至站房既定吊裝位置，按照先主后次的吊裝順序依次完成吊裝作業(yè)。

3.2.2大跨度鋼結構安裝：

1、第一階段鋼結構屋蓋桁架安裝

在土建結構柱澆筑混凝土之前，利用塔吊安裝柱頂埋件，并對其精確定位。待土建主體結構施工完成后，在站房兩側(cè)布置兩臺350t履帶吊，將分段桁架由拼裝場地運輸?shù)降踯嚻鹬胤秶鷥?nèi)，直接吊裝就位，桁架分段位置設置臨時支撐。桁架安裝時，提前將馬道安裝在桁架內(nèi)，與桁架一起就位。

根據(jù)吊裝要求，結構吊裝需設置臨時支撐架，以便分段就位，按分段的重量進行計算，確定臨時支架的形式采用格構柱體系，并根據(jù)吊裝時支架受力的不同，進行每只臨時支架的合理設計，臨時支架在分段吊裝前必須制作結束并交檢查員驗收合格方可使用。按支架布置位置將各臨時支架吊裝到位，并用纜風繩進行固定，同時與地面、砼基礎固定。本工程選用臨時支撐外型基本組合尺寸為1.5m×1.5m，支撐架所有組件均由鋼管構成，支撐柱規(guī)格為P180*10，腹桿為P89*6，上面設置定位調(diào)整平臺。

站房兩側(cè)同時進行屋蓋桁架安裝，由于本工程屋蓋桁架為倒三角桁架，必須嚴格保證其側(cè)向穩(wěn)定性，以免發(fā)生傾覆。應按照先安裝永久結構柱位置桁架，后安裝臨時支撐位置桁架的原則逐步進行屋蓋桁架吊裝。首榀桁架吊裝時需在桁架兩側(cè)拉設四道纜風繩，并將桁架支座與結構柱可靠連接后方可摘鉤。后續(xù)桁架吊裝均需與前一榀桁架形成可靠連接并拉設纜風繩后摘鉤。

當所有主次桁架安裝完成并焊接驗收后，進行整體屋蓋的卸載工作。由于卸載過程是一個力的傳遞和受力體的轉(zhuǎn)換過程，因此這一過程是一個動態(tài)過程。在這一過程中力的傳遞與受力體的轉(zhuǎn)換必須要保持“合理、有序、平穩(wěn)、緩慢、均勻”的過渡這就是本工程的卸載原則，務必遵循。根據(jù)細化卸載計算的結果，針對不同的卸載點反力要求，支撐點上主結構的形式，分別采用10噸千斤頂組合、20噸千斤頂組合的布置。根據(jù)施工階段劃分以及桁架伸縮縫位置，本工程按照由北向南的順序逐步卸載，66米跨兩根臨時支撐柱需同時卸載，避免增加桁架二次受力。

2、第二階段鋼結構屋蓋桁架安裝

待土建主體結構施工完成后，在站房高架層布置拼裝胎架完成站房內(nèi)部主次桁架拼裝，在地面布置拼裝胎架，完成外側(cè)主次桁架拼裝。在8、11軸線之間布置兩組工裝提升架，主要負責吊裝66米跨橫向桁架和8軸、11軸縱向次桁架，在站房外側(cè)站臺層位置布置兩輛150噸履帶吊，主要負責吊裝18米跨橫向桁架和6軸、13軸縱向桁架，其余次桁架和上弦水平支撐均由25噸汽車吊上高架層樓面安裝。

這個階段中66米桁架需在樓面上拼裝，構件均需要以散件形式倒運至高架層上。由于此部分桁架體量較小，且站臺層選用150噸履帶吊主臂工況施工，與塔吊影響較小，主要選用塔吊來完成高架層上方的水平運輸。

第二施工階段鋼結構吊裝選擇+8.9高架層為作業(yè)面，根據(jù)擬定的吊裝方案，將在高架層樓板上布設爬行式工裝提升架，工裝架鋼軌下部為高架層混凝土梁，梁截面為450*1400mm，原混凝土結構設計荷載與鋼結構吊裝時的施工荷載不同，鋼結構吊裝時的施工荷載較大，故需要對混凝土結構進行加固，防止混凝土結構破壞、保證混凝土結構的安全；通過對原結構的加固，從而保證上部鋼結構正常的安裝施工。

大型鋼構件液壓同步提升與高空滑移施工整體科技含量高，采用“液壓同步提升技術”與“液壓同步滑移技術”吊裝大型鋼構件，主要的拼裝、焊接及油漆等工作在地面進行，減少了高空作業(yè)的工作量，施工效率高，施工質(zhì)量易于保證。由于技術先進，吊裝過程的安全性高。大型鋼構件整體吊裝，將高空作業(yè)量降至最低，并且液壓提升與滑移作業(yè)絕對時間較短，能夠有效保證鋼結構安裝工程的工期。

（1）提升工裝架結構形式

采用液壓同步提升、滑移設備吊裝鋼結構，需要設置專用提升平臺。為解決重慶北站吊裝難題，公司為該項目設計制作兩套專用提升工裝架，該工裝架采用多用途結構架和附加設備（液壓爬行器、液壓提升機構）組成。

工裝架整體高約28m，長約13.5m，寬約12m，構件可提升高度26m。該裝置利用12m、15m走道板做底座，其中15m走道板通過加滑移墊塊及導向塊與軌道直接接觸，液壓爬行器通過推動15m走道板來實現(xiàn)該裝置的運動。

（2）液壓同步提升、滑移技術工作原理

3、液壓同步提升技術

液壓同步提升技術采用液壓提升器作為提升機具，柔性鋼絞線作為承重索具。液壓提升器為穿芯式結構，以鋼絞線為提升索具，有著安全、可靠、承重件自身重量輕、運輸安裝方便、中間不必鑲接等一系列獨特優(yōu)點。液壓提升器兩端的楔型錨具具有單向自鎖作用。當錨具工作（緊）時，會自動鎖緊鋼絞線；錨具不工作（松）時，放開鋼絞線，鋼絞線可上下活動。

具體可分為六個工作步驟：

第1步：上錨緊，夾緊鋼絞線；

第2步：提升器提升重物（鋼桁架）；

第3步：下錨緊，夾緊鋼絞線；

第4步：主油缸微縮，上錨片脫開；

第5步：上錨缸上升，上錨全松；

第6步：主油缸縮回原位；

液壓同步提升技術具有以下特點：

（1）通過提升設備擴展組合，提升重量、跨度、面積不受限制；

（2）采用柔性索具，只要有合理的承重吊點，提升高度不受限制；

（3）提升器錨具具有逆向運動自鎖性，使提升過程十分安全，并且構件可在提升過程中的任意位置長期可靠鎖定；

（4）設備體積小，自重輕，承載能力大，特別適宜于狹小空間或室內(nèi)進行大噸位構件提升；

（5）設備自動化程度高，操作方便靈活，安全性好，可靠性高，適應面廣，通用性強。

4、液壓同步滑移技術

液壓同步滑移技術采用液壓頂推器作為滑移驅(qū)動設備。液壓頂推器采用組合式設計，后部以頂緊裝置與滑道連接。前部通過銷軸及連接耳板與被推移結構連接，中間利用主液壓缸產(chǎn)生驅(qū)動推動力。液壓頂推器的頂緊裝置為楔型夾塊，具有單向鎖定功能。當主液壓缸伸出時，頂緊裝置工作，自動頂緊滑道側(cè)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。具體步序（見下圖）：

步驟1：爬行器夾緊裝置中楔塊與滑移軌道夾緊，爬行器液壓缸前端活塞桿銷軸與15m走道板連接。爬行器液壓缸伸缸，推動滑移構件向前滑移；

步驟2：爬行器液壓缸伸缸一個行程，構件向前滑移一個步距；

步驟3：一個行程伸缸完畢，滑移構件不動，爬行器液壓缸縮缸，使夾緊裝置中楔塊與滑移軌道松開，并拖動夾緊裝置向前滑移；

步驟4：爬行器一個行程縮缸完畢，拖動夾緊裝置向前滑移一個步距。一個爬行推進行程完畢，再次執(zhí)行步驟1工序。如此往復使構件滑移至最終位置。

液壓同步提升與滑移技術均采用計算機控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能，是集機、電、液、傳感器、計算機和控制論于一體的現(xiàn)代化先進設備。

3.3研究結果及分析結論

1、將屋蓋鋼結構在地面分段拼裝后，利用大型履帶吊分段吊裝、高空對接方案，為屋蓋桁架常規(guī)施工做法。此方案將大部分拼裝工作在地面提前完成，對于質(zhì)量、工期等均能有效控制，對現(xiàn)場場地條件和施工通道情況要求較高。

2、通過對移動式工裝提升架施工技術的研究，安全有效的解決了在場地條件受限制、大型履帶吊投入成本過高的難題，采用國內(nèi)領先的液壓同步滑移技術來完成工裝提升架的行走，采用液壓同步提升技術來完成屋蓋桁架的安裝，嚴格控制了安裝精度，大大減少了高空作業(yè)工作量，保證了施工安全質(zhì)量。

3、采用移動式工裝提升架方案施工時，要預先對施工階段各個過程以及整體結構進行模擬計算，分析其提升過程中各個重要節(jié)點部位受力情況，根據(jù)結構特點采取正確合理的施工方法是整個施工控制的關鍵。

4、此項技術運用計算機液壓同步控制技術，保證工裝提升架前進、后退，桁架的提升同步進行。并對整體提升過程進行施工仿真計算，有效地控制了提升過程中的高度偏差及精度，保證了桁架提升的順利進行以及采用移動式工裝提升架施工技術方案的合理性、科學性。