于洋
(東水西調(diào)建設局,遼寧 沈陽 112003)
目前,國內(nèi)地鐵站工程大多設計為地上高架鋼結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)為“站橋合一”框架結(jié)構(gòu)。文中對輕軌車站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行初步設計:縱向12跨11×9.4+12.6=116 m,橫向3跨2×18=36 m。首層為架空層,設置車站的出入口;二層為站廳層,三層為站臺層??缍葹?7.20 m,柱距為9.6 m、12.8 m,承重結(jié)構(gòu)為兩端鉸支拱形鋼架。
1)站房結(jié)構(gòu)施工思路。站房結(jié)構(gòu)屋蓋的中間部分為管桁架結(jié)構(gòu),兩側(cè)、兩端均為焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。管桁架采用2臺50 t履帶吊雙機抬吊吊裝,其拼裝在高架層的樓面進行。14,17軸縱向桁架采用2臺80 t履帶吊雙機抬吊,14,17軸外懸挑桁架采用1臺50 t履帶吊進行分段吊裝。6~14軸、17~23軸為焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu),采用50 t履帶吊分塊吊裝方案。
2)站房結(jié)構(gòu)施工流程。站房兩端從外向內(nèi)同時施工,采用80 t履帶吊吊裝鋼柱,其中6,23軸鋼柱分兩段吊裝,14軸~17軸鋼柱分三段吊裝;采用80 t履帶吊雙機抬吊,吊裝14軸~17軸縱向軸線間分塊單元;2臺50 t履帶吊裝14軸~17軸間網(wǎng)架分塊單元;6臺吊機并排施工,分塊吊裝屋面單元;A區(qū)吊裝完成,同時C區(qū)完成,最后完成中間B區(qū)屋蓋吊裝。
1)鋼管柱安裝思路。鋼管柱吊裝時,柱腳部分在基礎位面采用塔吊或50 t汽車吊,第二段鋼管柱采用80 t履帶吊在站臺層吊裝,高架層以上的鋼柱在高架層樓面上吊裝,與屋蓋網(wǎng)架連接的最高處鋼管柱,吊裝前需在現(xiàn)場焊接柱頭部分,便于后續(xù)與桁架、網(wǎng)架的對接作業(yè)。
2)鋼管柱吊裝技術。預埋件施工:該工程預埋件主要為鋼管混凝土柱底預埋件,柱底預埋件施工是該工程的重點。柱腳段為柱底基礎至站臺層1.4 m處,長4.0 m,重7.1 t。預埋件安裝時首先根據(jù)原始軸線控制點、標高控制點進行現(xiàn)場加密措施,測量放線后進行地腳螺栓固定架的布設。在地腳螺栓安裝完成后,隨時進行校正偏差的檢查。之后進行柱腳段鋼柱的安裝,該工程鋼柱截面形式大部分為圓鋼柱,采用汽車吊安裝。
第一節(jié)鋼柱吊裝:復測預埋件后,按標高調(diào)整螺栓,將鋼柱安裝就位。鋼柱吊點位置的設置主要考慮穩(wěn)定性,并且要避免鋼構(gòu)件的變形,一般吊點位置設置在鋼柱頂部,直接采用臨時連接板。
上部鋼柱吊裝:上部鋼柱吊裝與第一節(jié)鋼柱吊裝的主要區(qū)別,在于柱腳連接固定方式的差別。上部鋼柱吊裝完成后要控制與第一段鋼柱中心線的吻合情況,應整體考慮鋼柱的垂直度,并隨時進行校準、復核,以便進行下一段鋼柱的吊裝。
1)屋蓋桁架施工參數(shù),屋蓋管桁架施工參數(shù)見表1。
表1 屋蓋桁架參數(shù)
2)桁架現(xiàn)場拼裝流程?,F(xiàn)場拼裝主要將運輸至現(xiàn)場的散件拼裝成為可吊裝的單元。由于該工程屋面桁架構(gòu)件均以散件形式發(fā)至現(xiàn)場,再進行現(xiàn)場拼裝、焊接,導致工作量巨大。因此,現(xiàn)場的拼裝進度、精確度均對整個工程能否順利完工產(chǎn)生直接的影響。為此,在對桁架現(xiàn)場拼裝技術進行詳細分析后,確定拼裝工序的關鍵點。
拼裝胎具:拼裝臺架必須滿足強度和穩(wěn)定性要求。由于桁架截面尺寸大,需同時設置側(cè)向支持以保證桁架穩(wěn)定,相鄰兩組臺架需用角鋼連接以保證拼裝的整體精度。
拼裝順序:拼裝原則上按照由主管道腹桿的順作進行,該工程中屋蓋桁架節(jié)點支管繁雜,需根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點、是否具有可操作性等。首先布設胎架,測量儀,按照下弦桿、上弦桿、腹桿的順序定位中間部分及兩側(cè),完成倒三角桁架的拼裝。
3)雙機抬吊技術。桁架最重為18.9 t,因此,選取2臺50 t履帶吊可滿足吊裝需要。高架層吊機行駛通道上鋪設路基箱,下設置加密鋼管支撐,履帶吊分別站位于14軸、17軸內(nèi)側(cè);桁架上弦予每臺吊機設4個吊點;正式起吊前進行試吊確認協(xié)調(diào)性、安全性;正式起吊后,嚴格控制兩臺吊機的提升速度,盡量避免吊裝過程的中斷。
4)桁架對接技術。與柱頭已安裝結(jié)構(gòu)對接是,通過連接耳板對桁架臨時固定。
2.4屋蓋焊接球網(wǎng)架分塊吊裝方案研究
站房屋蓋鋼結(jié)構(gòu)除了中央?yún)^(qū)域采取管桁架結(jié)構(gòu)外,其余均為焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝采取分塊吊裝的方案。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)共分為16個區(qū)域進行施工,其中,站房兩端的WJ1,WJ2,WJ3,WJ4,WJ5,WJ6共6個區(qū)域,采用搭設滿堂腳手架吊裝網(wǎng)架的方式施工,站房兩側(cè)高架通廊WJ7~WJ16則采用分塊累積提升方案施工。
1)散拼腳手架吊裝網(wǎng)架施工驗算,腳手架設計基本參數(shù)見表2。
表2 腳手架設計基本參數(shù)表
腳手架穩(wěn)定性驗算參數(shù)見表3。
表3 腳手架穩(wěn)定性驗算荷載計算參數(shù)表
縱向支撐鋼管驗算。腳手板及網(wǎng)架自重標準值:qGK=2.85×0.3=0.855 kN/m;活荷載為施工荷載標準值:qQK=2.0×0.3=0.6 kN/m。
強度驗算:縱向鋼管最大彎矩計算簡圖見圖3(均考慮最不利荷載布設情況)。
圖2 最大彎矩計算簡圖
縱向鋼管抗壓強度按式(1)計算。
其中,M為最大彎矩,按式(2)計算。
W為抗彎截面系數(shù),按式(3)計算。
均布荷載:qG=1.2qGK=1.026 kN/m;均布活載:qQ=1.4qQK=0.84 kN/m。
由此可得,最大彎矩M=0.452 kN·m;抗彎截面系數(shù)W=5.078×103mm3。
最終得到縱向鋼管抗壓強度σ=89 N/mm2<[f]=215 N/mm2,因此,縱向鋼管的抗壓強度滿足設計要求。
撓度驗算:最大撓度計算時,按照三跨連續(xù)靜荷載與活載布置最不利情況考慮。
圖3 最大撓度計算簡圖
結(jié)構(gòu)最大容許撓度[v]=1/150或10 mm。最大撓度計算按式(4)。
計算得到最大撓度值v=1.4 mm<[v],由此可知,縱向支撐鋼管的最大撓度值滿足設計要求。
2)橫向支撐鋼管驗算。橫向支撐鋼管按照集中荷載作用下三跨連續(xù)梁進行計算。集中荷載值取為腳手架操作平臺底部縱向支撐鋼管的最大傳遞力,按式(5)計算。
計算得到P=3.2 kN。
通過MIDAS Gen軟件計算橫向支撐鋼管的彎矩、變形、斜撐內(nèi)力。
圖4 橫向支撐鋼管變形圖
強度驗算:根據(jù)式(1)并結(jié)合彎矩最大值M=199.2 N·m,計算得到:由此可得,橫向鋼管的抗壓強度滿足設計要求。
撓度驗算:橫向支撐鋼管的最大撓度發(fā)生在邊跨處。
υ=0.2 mm<[v],因此可以判定,橫向支撐鋼管的撓度值滿足設計要求。
3)分塊累積提升施工技術。工程屋面鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架整體提升,包括A,B,C區(qū)部分屋面鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
根據(jù)鋼網(wǎng)架下部結(jié)構(gòu)布置特點,將各提升區(qū)部分劃分為3個提升單元,采用分塊累積提升的安裝方式,其中單元1為二級屋面,單元2,3為三級屋面。
提升單元1在提升位置下整體拼裝完成后,在縱向14軸、17軸,橫向Q軸、N軸處設置提升吊點,并利用結(jié)構(gòu)鋼管柱設置提升平臺,即為上吊點;在提升平臺上設置液壓泵、液壓提升器、傳感器、鋼絞線等液壓提升系統(tǒng)后,在拼裝完成后的網(wǎng)架提升單元與上吊點對應位置處,安裝包臨時球,即為下吊點;測試液壓提升系統(tǒng),采用分級加載進行預加載,直至網(wǎng)架結(jié)構(gòu)脫離胎架并提升至一定高度,空中停留、靜置4~12 h,檢查作業(yè)流程是否正常,正常情況下可繼續(xù)提升;單元1提升至指定高度后,暫停工作,在縱向6軸、23軸,橫向Q軸、N軸處設置提升吊點,重復設置上吊點、下吊點的工作,提升單元2,3,并與單元1進行對接;將三單元整體提升至指定高度后,安裝后裝桿件,并逐級卸載提升系統(tǒng),轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)荷載至剛管柱;確保安全后,拆除提升系統(tǒng)等臨時設施,完成A區(qū)網(wǎng)架的提升。
通過對該工程主體鋼結(jié)構(gòu)的施工方案進行細致的研究,按照施工方式將其劃分為3部分。中央桁架采用現(xiàn)場拼裝,雙機抬吊方案施工;站房兩端焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用滿堂腳手架吊裝施工,利用MIDAS軟件對腳手架的搭設進行了模擬計算,證明了雙機抬吊、滿堂腳手架吊裝、分塊累積提升施工等技術對于此類鋼結(jié)構(gòu)施工的安全性,為類似結(jié)構(gòu)確定施工方案提供可靠依據(jù),對同類工程具有借鑒作用。
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