鄭育軍,李宗平,王培清,柴 磊

(浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司,浙江 杭州 310012)

隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,鋼材在建筑業(yè)中的應(yīng)用亦有很大的變化。國家建筑技術(shù)政策由以往的限制使用鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極合理推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu),從而大大推動了建筑鋼結(jié)構(gòu)如雨后春筍般地快速發(fā)展。大型構(gòu)件的現(xiàn)場拼裝已成為鋼結(jié)構(gòu)安裝的重要工序之一,該工藝已成功地應(yīng)用到國內(nèi)影響較大的代表性、標(biāo)志性工程鋼結(jié)構(gòu)安裝當(dāng)中。根據(jù)以往類似工程的成功經(jīng)驗,大型構(gòu)件的現(xiàn)場拼裝大大降低了構(gòu)件的加工和運輸難度,于質(zhì)量、安全、工期和施工成本控制等均有利。

1 工程概況

杭州火車東站是“長三角”重要的現(xiàn)代化綜合交通樞紐,集客運專線、城際鐵路、磁浮交通、干線鐵路、地鐵、公交、運河游船等多種交通形式和配套服務(wù)設(shè)施于一體?；疖嚃|站的建筑靈感取自“錢江大潮”, 整個建筑群(站房及站臺雨棚)既具有杭州柔美優(yōu)雅的地域特征,同時，也有杭州從“西湖時代”邁向“錢江時代”的豪邁大氣,在設(shè)計中充分體現(xiàn)杭州“精致和諧,大氣開放”的城市形象,體現(xiàn)面向未來的時代精神。建筑主體呈現(xiàn)“圓潤流暢”的形態(tài),中間高、兩側(cè)低的造型優(yōu)美而富有流動感,仿佛錢塘大潮一般。

杭州東站主站房平面尺寸284.7 m×514.8 m。鋼結(jié)構(gòu)主要由三大部分組成,分別為地下部分、高架候車層部分和屋蓋部分。其中地下部分包括大直徑鋼管柱,還有軌道層大截面焊接H型鋼鋼骨、縱橫梁格。高架候車層包括9.75 m標(biāo)高層大跨度型鋼桁架和商業(yè)夾層鋼梁。屋蓋系統(tǒng)包括復(fù)雜的變橢圓截面椎管柱、鋼管格構(gòu)柱和屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)體系。見圖1。

由于鋼管格構(gòu)柱截面過大,受到運輸限制,故采用現(xiàn)場拼裝的方法。本現(xiàn)場拼裝施工技術(shù)以GKZ4為例,對其現(xiàn)場拼裝加工技術(shù)進(jìn)行闡述。

2 鋼管格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)介紹

屋蓋大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)分解圖(包括偏心橢圓臺鋼柱、鋼管格構(gòu)柱和屋蓋結(jié)構(gòu))見圖2。其屋面為圓弧形,最高點標(biāo)高為39.30 m,最低點標(biāo)高為22.05 m。站房屋蓋東西兩端為大型鋼管格構(gòu)柱。鋼管格構(gòu)柱采用較大直徑鋼管密排。鋼管格構(gòu)柱有兩種,分別為GKZ4、GKZ5,下面以GKZ4為例介紹其結(jié)構(gòu)概況。該格構(gòu)柱垂直高度29.474 m,最寬處達(dá)23.782 m,重量達(dá)133.134 t。

圖1 杭州東站主站房正視圖

圖2 屋蓋大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)分解圖

鋼管格構(gòu)柱GKZ4主要桿件規(guī)格及材質(zhì)見表1。

表1 鋼管格構(gòu)柱GKZ4主要桿件規(guī)格及材質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場拼裝場地和吊裝設(shè)備情況,將鋼柱分成三段進(jìn)行吊裝,鋼柱在地面進(jìn)行整體拼裝,鋼柱示意圖及現(xiàn)場吊裝分段點見圖3、圖4。

3 現(xiàn)場拼裝施工技術(shù)[1]

3.1 拼裝前的準(zhǔn)備

1)應(yīng)選擇平整的拼裝場地,并在胎架底部應(yīng)鋪設(shè)厚鋼板或設(shè)置H型鋼, 以增加其承壓面積, 鋼板或H型鋼下面應(yīng)填實；

圖3 鋼柱示意圖 圖4 現(xiàn)場吊裝分段點

2)放樣和檢測所使用的卷尺必須與業(yè)主提供的標(biāo)準(zhǔn)尺進(jìn)行比對,如業(yè)主未提供標(biāo)準(zhǔn)尺,應(yīng)與公司標(biāo)準(zhǔn)尺(公司標(biāo)準(zhǔn)尺需與國家或地方檢測機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)尺進(jìn)行對比,并已標(biāo)明偏差)進(jìn)行比對,并貼上比對后的正負(fù)偏差。測量時應(yīng)根據(jù)偏差對長度進(jìn)行修正。用卷尺測量較長距離時,應(yīng)用拉磅進(jìn)行(一般25 m以下拉5 kgf；25～50 m拉10 kgf)。

3)拼裝前應(yīng)按圖紙中心線投影尺寸1∶1放出大樣,再根據(jù)設(shè)計圖紙劃出弦桿分段點(劃分段尺寸時,均應(yīng)從原點開始；不得分段測量, 以免造成累積誤差),放大樣時應(yīng)預(yù)放焊接收縮余量(預(yù)放余量應(yīng)根據(jù)焊接接頭數(shù)量而定,一般每個接頭預(yù)放余量1～2 mm)。

4)放樣完成后需復(fù)合放樣尺寸(露天場地測量時間宜在日出前、日落后定時進(jìn)行),確認(rèn)無誤后由質(zhì)檢人員對大樣進(jìn)行檢驗,檢驗合格后,根據(jù)所放大樣搭設(shè)胎架。

5)搭設(shè)胎架時,胎架應(yīng)滿足構(gòu)件結(jié)構(gòu)、重量、截面等需求。胎架之間距離不應(yīng)過長(一般控制在2～3 m),直弦桿上應(yīng)不少于2個支承點。弧形弦桿上不得少于3個支承點。

6)胎架的布置要以滿足桿件穩(wěn)定，避免碰到交叉桿件為原則。

7)立好胎架柱后,用水準(zhǔn)儀在每根胎架柱上劃出水平線,以作為胎架牛腿標(biāo)高的基準(zhǔn)。

8)拼裝前,應(yīng)保證所有部件都已齊全。拼裝時,應(yīng)控制連接處的密合性并應(yīng)保證焊接坡口間隙適宜。

3.2 現(xiàn)場拼裝施工步驟

拼裝施工現(xiàn)場見圖5。

3.2.1 格構(gòu)柱平面放樣

1)根據(jù)設(shè)計圖紙,放出鋼柱平面投影大樣線。

2)放樣線應(yīng)準(zhǔn)確、清晰,放出各桿件的中心線和分?jǐn)帱c[2]。見圖6。

圖5 拼裝施工現(xiàn)場

圖6 鋼柱平面投影大樣線

3.2.2 格構(gòu)柱胎架制作

1)根據(jù)鋼柱大樣線搭設(shè)拼裝胎架。

2)胎架搭設(shè)時,先立胎架柱,用水準(zhǔn)儀在胎架柱上統(tǒng)一劃出水平基準(zhǔn)線。

3)根據(jù)胎架柱上的水平基準(zhǔn)線,搭設(shè)胎架梁,局部無法搭設(shè)胎架梁或與內(nèi)部腹桿相碰處設(shè)臨時支撐。見圖7。

圖7 胎架柱搭設(shè)大樣圖

3.2.3 格構(gòu)柱下段弦桿拼裝

1)桿件拼裝前,可將地坪投影大樣線駁到胎架梁上,以方便弦桿定位。定位完成后,應(yīng)用鉛垂復(fù)測桿件與地坪大樣線的吻合程度。

2)胎架梁上可設(shè)置V型墊板,以避免桿件滾動移位。見圖8。

圖8 格構(gòu)柱下段弦桿拼裝

3.2.4 格構(gòu)柱下段環(huán)形腹桿拼裝

1)根據(jù)弦桿和地坪投影大樣線進(jìn)行環(huán)形腹桿定位。

2)拼裝完成后,進(jìn)行復(fù)測,確認(rèn)準(zhǔn)確無誤后進(jìn)行定位點焊。點焊高度應(yīng)不大于焊縫的1/2。見圖9。

圖9 格構(gòu)柱下段環(huán)形腹桿拼裝

3.2.5 格構(gòu)柱下段其他腹桿拼裝

1)根據(jù)弦桿、環(huán)形腹桿和地坪投影大樣線進(jìn)行腹桿定位。

2)拼裝時,應(yīng)合理安排桿件的拼裝順序,先拼裝空間位置小、桿件直徑大的桿件,以確保所有桿件均能準(zhǔn)確地完成拼裝。

3) 拼裝完成后進(jìn)行點焊。見圖10。

圖10 格構(gòu)柱下段其他腹桿拼裝

3.2.6 格構(gòu)柱中段弦桿拼裝

1)以地坪投影大樣和下段鋼柱弦桿為基準(zhǔn)進(jìn)行中段鋼柱弦桿拼裝。

2)拼裝時,兩段弦桿對接口的錯邊和離縫應(yīng)控制在允許偏差范圍內(nèi)。

3)拼裝完成后,可在兩段對接口處進(jìn)行點焊,以起到臨時固定、避免弦桿移位的作用。見圖11。

圖11 格構(gòu)柱中段弦桿拼裝

3.2.7 格構(gòu)柱中段環(huán)形腹桿拼裝

拼裝注意事項參見格構(gòu)柱下段鋼柱環(huán)形腹桿拼裝要求。見圖12。

圖12 格構(gòu)柱中段環(huán)形腹桿拼裝

3.2.8 格構(gòu)柱中段其他腹桿拼裝

1)中段鋼柱拼裝完成后,可進(jìn)行下段鋼柱焊接。

2)焊接時,應(yīng)采取從中間向兩邊或四周擴(kuò)散的順序進(jìn)行,并應(yīng)同時采用間隔焊法(即一個節(jié)點焊接完成后,跳過與之相鄰的節(jié)點,使前后焊接的節(jié)點之間間隔1～2個節(jié)點,最后再焊接這些節(jié)點),以減少焊接變形和避免焊接應(yīng)力集中。見圖13。

圖13 格構(gòu)柱中段其他腹桿拼裝

3.2.9 格構(gòu)柱上段弦桿拼裝

1)上段鋼柱拼裝空間高度較高,應(yīng)做好安全防護(hù)。

2)弦桿局部分叉部位,加設(shè)臨時支撐。

3)弦桿之間的豎向腹桿可同步進(jìn)行拼裝。見圖14。

圖14 格構(gòu)柱上段弦桿拼裝

3.2.10 格構(gòu)柱上段環(huán)形腹桿拼裝

格構(gòu)柱上段環(huán)形腹桿拼裝見圖15。

圖15 格構(gòu)柱上段環(huán)形腹桿拼裝

3.2.11 格構(gòu)柱上段其他腹桿拼裝

1)上段鋼柱拼裝完成后,可進(jìn)行中段鋼柱和上段鋼柱的焊接。

2)焊接完成后,應(yīng)對鋼柱整體外觀尺寸進(jìn)行復(fù)測,并在各段鋼柱弦桿對接口處打上沖印,合格后,可進(jìn)行脫模。見圖16。

4 結(jié) 語

1)站房西側(cè)屋蓋4根鋼格構(gòu)柱已順利吊裝完成(圖17),通過實踐證明,本次現(xiàn)場拼裝施工技術(shù)根據(jù)格構(gòu)柱的受力特點進(jìn)行的分段拼裝,安全可靠,施工便捷,吊裝方便,并較好地控制了施工成本[3]。

圖16 格構(gòu)柱上段其他腹桿拼裝

2)本次施工技術(shù)中對于大體積格構(gòu)柱胎架的放線、拼裝等工作是進(jìn)行格構(gòu)柱拼裝的重要技術(shù)保障,合理、科學(xué)、準(zhǔn)確的胎架，是保證傳力合理、變形可控、確保格構(gòu)柱拼裝成功的保證。

3)根據(jù)本工程異型格構(gòu)柱體積大、重量大的特點,采用現(xiàn)場拼裝的施工工藝,安全、高效,并確保了工程質(zhì)量,同時，為此類大體積異型格構(gòu)體系的施工提供了一定的參考。杭州東站已于2013年完成驗收并且通車運行,至目前為止,主站房使用情況良好,各方面運轉(zhuǎn)正常。

圖17 GKZ4吊裝完成后圖片