李志強(qiáng) 王 強(qiáng) 黃京新 王 磊

中鐵建工集團(tuán)有限公司廣州分公司 廣東 廣州 511400

1 背景工程概況

1.1 編織筒結(jié)構(gòu)簡介

廣東省江門市江門站站房建筑面積40 000 m2，建筑高度31.7 m，主體結(jié)構(gòu)為混凝土框架結(jié)構(gòu)＋鋼結(jié)構(gòu)，屋架為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。站房主要由高架候車室、側(cè)式站房組成。

鋼結(jié)構(gòu)編織筒結(jié)構(gòu)融合了大榕樹風(fēng)格，造型獨(dú)特且復(fù)雜。上部為內(nèi)嵌式鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，共由48片網(wǎng)格嵌補(bǔ)而成；下部由24根鋼結(jié)構(gòu)主管及24根支管構(gòu)成編織筒的受力骨架。編織筒呈上大下小、外斜（外放）式造型，上部圓直徑60 m，下部圓直徑32 m，高度為17 m，質(zhì)量約1 200 t。編織筒頂部為鋼結(jié)構(gòu)屋蓋網(wǎng)架，網(wǎng)架桿件通過焊接球連接，形成懸挑型雙曲結(jié)構(gòu)，寬約80 m，最大懸挑寬度13.6 m。編織筒及屋蓋結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

圖1 編織筒結(jié)構(gòu)及屋蓋示意

圖2 編織筒結(jié)構(gòu)

1.2 技術(shù)難度與難點(diǎn)

編織筒結(jié)構(gòu)的技術(shù)難點(diǎn)主要集中在編織筒本身的組裝安裝和其頂部范圍內(nèi)屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與筒狀結(jié)構(gòu)的安裝次序。兩者在技術(shù)上均存在很大的難度[1-2]。

編織筒結(jié)構(gòu)的24根受力主管和24根受力支管均呈外放式，且主管和支管相互交錯(cuò)，上部48片鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格鑲嵌其中，造型奇特復(fù)雜；筒狀結(jié)構(gòu)均由弧形構(gòu)件拼裝而成，本身的焊縫數(shù)量達(dá)3 000余條。在焊接安裝和造型組裝過程中，如何確保弧形構(gòu)件組裝成形精度和焊接安裝質(zhì)量為關(guān)鍵性問題。此為技術(shù)難點(diǎn)之一。

編織筒狀結(jié)構(gòu)高度17 m，主要質(zhì)量集中在上部位置，上部構(gòu)件的組裝安裝存在不小的難度。組裝安裝方式的選擇直接決定著弧形構(gòu)件的組裝進(jìn)度和焊接質(zhì)量。采用傳統(tǒng)組裝方式，如整體吊裝、空中焊接組裝，或搭設(shè)滿堂腳手架作為高空組裝及焊接平臺(tái)等，均存在可操作性不強(qiáng)的問題。此為技術(shù)難點(diǎn)之二。

編織筒上部屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)面積大，投影面積約10 540 m2，編織筒結(jié)構(gòu)為其支撐體系，即屋蓋網(wǎng)架完全依賴于編織筒的支撐。在屋蓋網(wǎng)架安裝與編織筒結(jié)構(gòu)安裝次序上存在難以協(xié)調(diào)的問題。若先組裝安裝編織筒，再安裝屋蓋網(wǎng)架，則會(huì)因編織筒結(jié)構(gòu)安裝本身存在難度，故在編織筒安裝完成后，筒體上方區(qū)域的屋蓋網(wǎng)架較難安裝；如先安裝整個(gè)屋蓋網(wǎng)架，再安裝底部支撐的編織筒，則屋蓋網(wǎng)架將長時(shí)間停留于高空，變形量不易控制，且與編織筒交接契合不易。此為技術(shù)難點(diǎn)之三。

2 編織筒施工方法分析及選定

2.1 施工方法分析

類似的鋼結(jié)構(gòu)施工方法主要有整體（分片）吊裝法、高空滑移法、高空散裝法、整體提升法等單一或組合的施工方法。為保障編織筒的造型精度和焊接質(zhì)量，總體原則上，應(yīng)優(yōu)先考慮地面拼接焊接組裝，而后采取整體（分片）吊裝或提升的方法安裝就位；屋蓋網(wǎng)架則再選擇上述某種或幾種方法安裝就位。

2.1.1 均采用整體（分片）吊裝法

在安裝次序上，先整體或分片吊裝編織筒，而后整體或分片吊裝上部屋蓋網(wǎng)架，編織筒與屋蓋網(wǎng)架均在鄰近地面組裝安裝。此種方式的優(yōu)點(diǎn)為編織筒體造型和焊接質(zhì)量均能得到極大的保障。然而編織筒結(jié)構(gòu)和屋蓋網(wǎng)架自身質(zhì)量均較大，僅屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)質(zhì)量就達(dá)1 500 t，選擇整體吊裝方法或是分成多片吊裝而后組裝的方法時(shí)，可供選擇的吊裝機(jī)械極少，適合吊裝的機(jī)械價(jià)格昂貴。此外，編織筒結(jié)構(gòu)位于混凝土結(jié)構(gòu)樓板上，采取機(jī)械整體吊裝方法時(shí)需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。加之機(jī)械吊裝占用場地過大，阻礙其他鄰近專業(yè)工種作業(yè)，單純采用整體（分片）吊裝方法既不經(jīng)濟(jì)也不合理。

2.1.2 采用整體（分片）吊裝＋高空滑移法

此組合方法主要是將編織筒整體（分片）吊裝安裝，屋蓋網(wǎng)架則應(yīng)用高空滑移法安裝?？紤]到屋蓋網(wǎng)架為曲面雙層結(jié)構(gòu)，并存在大跨度懸挑結(jié)構(gòu)，采用高空滑移方式時(shí)很難對(duì)拼裝單元進(jìn)行劃分，且滑移軌道的設(shè)置也十分不易。此外，高空滑移法還存在如下缺點(diǎn)：一是對(duì)結(jié)構(gòu)的平面外剛度要求大；二是對(duì)滑移設(shè)備的要求比較高。因此，采用高空滑移法進(jìn)行安裝是十分不利的。

2.1.3 采用整體（分片）吊裝＋高空散拼法

屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最大安裝高度達(dá)到31.07 m，最大寬度達(dá)到80 m，結(jié)構(gòu)自重較大，且桿件眾多。若采用分件高空散裝方法，則需要搭設(shè)大量的高空滿堂腳手架平臺(tái)。采用此方式時(shí)，不但滿堂腳手架搭設(shè)和高空焊接組裝工作量巨大，且因與筒體交錯(cuò)嚴(yán)重，編織筒部位處的滿堂腳手架搭設(shè)異常困難。此外，搭設(shè)滿堂腳手架平臺(tái)極大地占用了下部的作業(yè)空間，導(dǎo)致其他專業(yè)工序無法作業(yè)，嚴(yán)重影響工程的工期。因此，對(duì)于本結(jié)構(gòu)而言，此方法不科學(xué)。

2.1.4 采用整體提升＋整體（分片）吊裝方法

在安裝順序上，先整體提升屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，再整體或分片吊裝編織筒。此組合方式的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和編織筒均可以在地面上進(jìn)行現(xiàn)場拼裝、組裝、焊接，能夠最大限度地減少高空作業(yè)工作量；同時(shí)，下部空間也可以穿插其他專業(yè)的工序作業(yè)。缺點(diǎn)則為：屋蓋網(wǎng)架提升安裝就位后，空間高度方向上出現(xiàn)位置限制，不利于下部的編織筒體整體或分片吊裝。相比于前幾種方式，此方法具有很大的優(yōu)勢(shì)，雖對(duì)編織筒體吊裝有一定的局限性，但有改進(jìn)的空間。

2.2 施工方法確定

通過對(duì)以上施工方法的分析可知，屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升方法在各方面均具有較好的優(yōu)勢(shì)。該方法的液壓提升設(shè)備自重和體積都比較小，在狹小的空間里特別適用，同時(shí)操作人員能夠遠(yuǎn)離作業(yè)點(diǎn)控制提升作業(yè)，降低了對(duì)作業(yè)地點(diǎn)的要求。

因此，在施工方法的選擇上，整體提升方式應(yīng)為本工程結(jié)構(gòu)的主要施工方法。安裝次序上，屋蓋網(wǎng)架應(yīng)先行安裝。為突破編織筒結(jié)構(gòu)吊裝的局限性，可考慮將編織筒結(jié)構(gòu)的安裝方式改成提升方式?；诰幙椡搀w造型的特殊和復(fù)雜性，整體提升的操作性不佳且較困難，故考慮編織筒體結(jié)構(gòu)分段提升，中上部的編織筒體可與屋蓋網(wǎng)架同步先行提升，下部的支撐管件則可考慮逐個(gè)吊裝安裝。

3 編織筒狀結(jié)構(gòu)主要工藝

3.1 總體思路

采用整體提升＋分片吊裝的方式，即屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和編織筒體中上部結(jié)構(gòu)采取整體提升的方式，編織筒體下部結(jié)構(gòu)則采取分片吊裝、焊接安裝的方法。于編織筒體高度方向上選取合理的分界線，上部區(qū)域?yàn)樘嵘齾^(qū)，下部區(qū)域?yàn)榈跹b安裝區(qū)，如圖3所示。

圖3 提升分區(qū)示意

編織筒底部混凝土結(jié)構(gòu)樓板施工完成后，先行在樓板上拼接組裝屋蓋網(wǎng)架，并設(shè)置相應(yīng)高度的胎架，以便于編織筒體中上部結(jié)構(gòu)在樓板上拼接組裝。編織筒體下部管構(gòu)件待屋蓋網(wǎng)架和中上部編織筒結(jié)構(gòu)提升完成后，采用相應(yīng)型號(hào)的汽車吊進(jìn)行吊裝嵌補(bǔ)和焊接。待編織筒下部受力管構(gòu)件嵌補(bǔ)焊接完成后，方可拆除提升支架。提升方法如圖4所示。

圖4 提升方法示意

3.2 提升點(diǎn)的確定

3.2.1 提升支點(diǎn)的布置

依據(jù)建立的模型及相關(guān)計(jì)算，在編織筒及屋蓋網(wǎng)架上設(shè)置相應(yīng)提升支點(diǎn)。本結(jié)構(gòu)依據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)置12個(gè)三角肢臨時(shí)提升塔架和2個(gè)格構(gòu)式臨時(shí)提升塔架，其中，每個(gè)三角肢提升塔架上安裝2臺(tái)穿心式液壓提升器，每個(gè)格構(gòu)式提升塔架上安裝1臺(tái)穿心式液壓提升器。提升支點(diǎn)布置如圖5、圖6所示。

圖5 提升支點(diǎn)設(shè)置示意

圖6 提升塔架示意

臨時(shí)提升支架直接落于主體混凝土結(jié)構(gòu)樓板上時(shí)容易造成樓板荷載應(yīng)力集中，需通過設(shè)置型鋼轉(zhuǎn)換鋼梁，將提升荷載傳遞至混凝土樓板的框架梁、柱上，如圖7所示。

圖7 荷載轉(zhuǎn)換鋼支架示意

3.2.2 被提升結(jié)構(gòu)下錨點(diǎn)的布置

根據(jù)建模對(duì)編織筒與屋蓋網(wǎng)架的驗(yàn)算與分析，將提升的下錨點(diǎn)設(shè)置于編織筒提升區(qū)域的主管上。考慮到編織筒節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、自重大等特點(diǎn)，采用D形吊耳通過地錨與被提升編織筒連接，連接形式采用焊接，如圖8所示。在安裝時(shí)，吊耳處的節(jié)點(diǎn)及直接受力的節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用加勁肋板等進(jìn)行局部加強(qiáng)，以確保在提升吊裝過程中耳板不出現(xiàn)變形或斷裂等問題。

圖8 D形吊耳布置

3.3 提升設(shè)備選擇

根據(jù)液壓提升器油缸和鋼絞線的性能，以及各提升分塊在各自工況下計(jì)算得出的最大提升反力，對(duì)每個(gè)提升點(diǎn)配置相應(yīng)規(guī)格的液壓提升器及鋼絞線。本編織筒結(jié)構(gòu)配置TX-100-J型號(hào)液壓提升器，額定荷載1 000 kN，質(zhì)量700 kg；鋼絞線公稱直徑15.24 mm，抗拉強(qiáng)度1 860 MPa。

為保證計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的多點(diǎn)同步控制，在保證各吊點(diǎn)提升能力和總提升能力的情況下，宜選用同一型號(hào)的液壓提升器，鋼絞線數(shù)量和規(guī)格則根據(jù)滿足提升荷載要求的原則進(jìn)行選取即可；提升液壓泵站可選用比例液壓系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步控制，提高控制精度和可靠性。

3.4 提升與管構(gòu)件嵌補(bǔ)

3.4.1 試提升

為觀察和檢驗(yàn)整個(gè)提升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在正式提升之前，按下列程序進(jìn)行試提升。

解除編織筒體結(jié)構(gòu)與落地胎架之間的連接。按設(shè)計(jì)提升力的20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%分級(jí)加載，直至提升結(jié)構(gòu)全部離地；每次加載后，須校核鋼結(jié)構(gòu)變形量、傳感器工作情況、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等，確保提升過程的穩(wěn)定可靠。

3.4.2 正式提升

按照試提升分級(jí)加載程序，提升編織筒體及屋蓋網(wǎng)架。技術(shù)條件同試提升情況，在此不再贅述。提升模型如圖9所示。

圖9 提升模型示意

提升過程中應(yīng)監(jiān)控編織筒體等結(jié)構(gòu)的姿態(tài)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。采用全站儀等測量儀器監(jiān)測各提升吊點(diǎn)的標(biāo)高，計(jì)算出各提升吊點(diǎn)的相對(duì)高差。利用液壓提升器調(diào)整各提升吊點(diǎn)高度，使被提升鋼結(jié)構(gòu)單元達(dá)到設(shè)計(jì)姿態(tài)，直至鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件提升到設(shè)計(jì)位置。

3.4.3 管構(gòu)件嵌補(bǔ)

在中上部編織筒體和屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升至設(shè)計(jì)位置后，再嵌補(bǔ)安裝編織筒下部的管構(gòu)件。在此期間，中上部筒體與屋蓋網(wǎng)架處于懸停狀態(tài)，應(yīng)注意各提升吊點(diǎn)的負(fù)載控制、錨具的鎖定監(jiān)控、結(jié)構(gòu)變形量的監(jiān)測等，確保懸停期間結(jié)構(gòu)的安全。同時(shí)，應(yīng)盡快完成編織筒體下部管構(gòu)件的嵌補(bǔ)安裝工作，以縮短懸停時(shí)間。編織筒下部管構(gòu)件可采取地面分片組裝拼裝，而后分片吊裝與中上部編織筒對(duì)接連接的方式，以縮短嵌補(bǔ)安裝的時(shí)間。

3.5 提升參數(shù)優(yōu)化

在編織筒結(jié)構(gòu)及屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拼裝提升過程中，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄和分析。在提升時(shí)，參照以下技術(shù)參數(shù)取值或調(diào)整，可取得更好的結(jié)構(gòu)拼裝提升效果。

穿心式液壓油缸折減系數(shù)可選0.5～0.6；提升荷載宜嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)提升力的20%、40%、60%、80%、90%、95%、100%分級(jí)加載；各吊點(diǎn)提升能力不應(yīng)小于對(duì)應(yīng)吊點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍；提升速度宜≤0.2 m/min；相鄰2個(gè)提升點(diǎn)的允許高差值宜≤25 mm；整體最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的允許高差值宜≤50 mm；卸除荷載宜按設(shè)計(jì)值的10%、30%、50%、70%、90%、100%分級(jí)卸載；提升加載或卸載時(shí)應(yīng)保證無雨，風(fēng)力宜≤5級(jí)。

4 結(jié)語

編織筒狀結(jié)構(gòu)造型美觀但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，但也對(duì)施工帶來了不小的難度和挑戰(zhàn)。針對(duì)本結(jié)構(gòu)，實(shí)施人員采用了整體提升＋分片吊裝組合的施工方法，較好地完成了編織筒結(jié)構(gòu)的安裝，達(dá)到了造型設(shè)計(jì)的效果，為江門火車站的順利建設(shè)提供了有力保障。本文論述了編織筒體結(jié)構(gòu)的施工方法及相關(guān)分析，可為今后類似結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目提供參考依據(jù)。