張翔宇，葛 方，潘湘東，巫明杰，王 權，李 旭

(1.江蘇滬寧鋼機股份有限公司，江蘇 無錫 214231； 2.中鐵建設集團有限公司基礎設施事業(yè)部，北京 100043)

1 工程概況

臺州中心站站房屋蓋主要由主桁架、次桁架、鋼柱構成，形成鋼管混凝土柱+正交空間管桁架結構體系，其中主桁架主要采用三角桁架和四角桁架結構形式，主體結構如圖1所示。

圖1 主體結構示意

中央站房及西站房屋蓋最大跨度分別為74.1，80.4m，最大高度均為38.5m。站房屋蓋主要采用Q355B，Q355GJB鋼材，屋蓋各桿件均為無縫圓管或直縫圓管，中央站房屋蓋鋼柱采用圓管混凝土柱，鋼柱內灌注C40混凝土；西站房屋蓋鋼柱主要采用圓管混凝土柱和格構式圓管柱，屋蓋平面布置如圖2所示。

圖2 屋蓋平面布置

2 施工難點分析

1)現(xiàn)場拼裝工作量大，精度要求高 屋蓋桁架結構構件截面尺寸過大，無法在工廠進行分段制造，現(xiàn)場環(huán)境條件有限，但拼裝精度需滿足吊裝要求。因此，在保證高精度的情況下，現(xiàn)場完成大量構件拼裝工作存在困難。

2)吊裝要求高 屋蓋桁架結構最大跨度80.4m，最大高度38.5m，結構質量較大，對吊裝半徑有很大影響，并且屋面下方存在混凝土樓板，因此，應選擇合適的吊裝機械與吊裝方案。

3)卸載控制難度大 鋼屋蓋跨度大，桿件局部受力變化對整體受力產(chǎn)生較大影響。卸載過程中，卸載點數(shù)量多且卸載時間長，要保證大跨度屋蓋安全穩(wěn)定地卸載至正確位置，難度很大。

3 鋼結構安裝方案

3.1 屋蓋區(qū)域劃分

將中央站房屋蓋劃分為提升1區(qū)和提升2區(qū)，如圖3所示，在高架層上現(xiàn)場拼接屋蓋桁架體系，然后依次提升，直至設計標高，每個提升區(qū)均可獨立卸載。西站房屋蓋劃分成提升區(qū)和吊裝區(qū)，如圖4所示，提升區(qū)各桁架結構均在對應的進站層及高架層上進行現(xiàn)場拼裝，通過3次提升，達到設計標高，隨后在吊裝區(qū)布置臨時支撐，使用履帶式起重機進行分段吊裝，吊裝完成后分別卸載。

圖3 中央站房房屋蓋提升區(qū)劃分

圖4 西站房屋蓋施工分區(qū)

3.2 中央站房及西站房施工

中央站房施工順序如下：先降低提升1區(qū)(1-15)～(1-18)軸的跨中桁架，然后對跨中桁架進行第1次提升，與(1-13)～(1-15)軸及(1-18)～(1-19) 軸的邊跨桁架對接，隨后將(1-A)～(3-E)軸桁架進行整體提升，最后卸載提升1區(qū)提升架；②按照提升1區(qū)的拼裝順序，對提升2區(qū)的桁架進行拼裝、提升及卸載。

西站房施工順序如下：①為方便提升，減小高度，提升區(qū)屋蓋結構拼裝工作分別在其投影下的高架層和進展層進行，其中(2-5)～(2-8)軸屋架結構先在進站層上拼裝，提升至與高架層對應位置的中跨桁架對接，然后將中跨桁架((2-5)～(2-8)軸桁架)整體提升至與兩邊跨桁架((2-2)～(2-5)軸及(2-8)～(2-11)軸桁架)對接，最后整體提升至設計標高，卸載提升區(qū)的提升架；②布置15個臨時支撐，主桁架間次構件配合主桁架同步安裝，吊裝完成后，卸載臨時支撐(見圖5)。

圖5 西站房屋蓋吊裝區(qū)臨時支撐布置

站房屋蓋施工工況如下：①拼裝中央站房提升1區(qū)，并進行第1次提升；②提升1區(qū)整體二次提升至設計標高；③卸載提升1區(qū)提升架；④拼裝中央站房提升2區(qū)，并進行第1次提升；⑤提升2區(qū)整體二次提升至設計標高；⑥卸載提升2區(qū)提升架；⑦拼裝西站房提升區(qū)屋蓋，提升進站層上拼裝的桁架；⑧整體提升提升區(qū)中跨桁架；⑨提升區(qū)中跨及邊跨桁架整體提升至標高；⑩卸載西站房提升架；吊裝西站房屋蓋格構柱，布置臨時支撐；吊裝主桁架分段、次桁架及次梁；北半幅吊裝完成；吊裝南半幅屋蓋；吊裝遠端跨中主桁架；吊裝次梁；吊裝剩余屋蓋結構；吊裝區(qū)卸載。

3.3 現(xiàn)場拼裝工藝

由于屋蓋桁架結構構件截面尺寸過大，工廠拼裝運輸至現(xiàn)場難度大，故桁架構件均在現(xiàn)場拼裝。為方便提升，提升區(qū)的桁架均在已建好的高架層樓面進行拼裝，方案如下。

1)桁架拼裝前搭設拼裝胎架 用于現(xiàn)場拼裝桁架的胎架結構構件主要包括底座、立管、定位模板和斜撐。胎架設置時，首先根據(jù)桁架模型各桿件的水平投影鋪設工字鋼，相連后形成剛性拼裝平臺。吊裝區(qū)胎架底座采用HW300×300×10×15工字鋼，提升區(qū)由于存在澆筑完成的混凝土樓板結構，故在混凝土樓板澆筑時，預埋件以作為拼裝胎架底座。建立由水平投影線、標高線、檢驗線及支點位置構成的桿件軸線控制網(wǎng)，并提交驗收。隨后根據(jù)支點標高布置胎架模板，模板上口水平誤差≤1mm，當胎架高度>3m時，應設置斜撐，斜撐規(guī)格為φ102×6，此外，胎架高度需滿足全位置焊接要求，而且搭設后不應產(chǎn)生明顯晃動，胎架在驗收合格后才可投入使用[1]。

2)弦桿、水平腹桿定位與拼接 通過分析，使用25t汽車式起重機現(xiàn)場拼裝分段弦桿，將弦桿分段吊裝至胎架上，通過對準地樣線、對合線進行桿件定位。通過測定弦桿端口，判斷是否合格，合格后即可固定于胎架上。待上、下弦桿定位合格后安裝腹桿，腹桿吊裝過程中，做好地樣線和對合線的定位工作。由于腹桿存在相貫坡口，故安裝過程中需觀測隱蔽坡口，按特定順序依次安裝。

3)桿件定位焊接 當桿件定位安裝并驗收合格后，對桿件進行焊接，按照先下弦桿后上弦桿的順序，從下向上進行兩側對稱施焊，最后對焊縫進行探傷檢測。

4)檢測、驗收 當結構構件現(xiàn)場拼裝結束后，使用全站儀測量整體結構拼裝精度，驗收合格后方可進行吊裝施工。

3.4 鋼結構安裝技術

鋼結構安裝分為提升及吊裝。提升作業(yè)前，應做好提升設備安裝、調試及檢查工作，并進行試提升。試提升過程中，按比例分級加載至結構全部離地約30cm，并在空中懸停12h后，調整結構至設計位置，待試提升成功后，進行正式提升，當各點就位后，逐點卸載鋼絞線，確保支撐立柱荷載被逐級施加，待吊裝完成后進行卸載。

中央站房屋蓋在高架層樓面上拼裝，為方便提升，減少高空作業(yè)，將1-15～1-18軸屋蓋降低拼裝，然后提升至與兩側桁架對接，最后整體提升至設計標高。中央站房屋蓋提升架一部分以結構鋼柱作為支撐體系(見圖6a)，一部分在主桁架上搭設支撐體系以供后續(xù)提升(見圖6b)。提升過程中，隨著提升構件質量的變化，提升架受力也將發(fā)生改變。針對實際提升情況，對提升架受力及鋼柱穩(wěn)定性進行模擬分析，結果表明提升架最大變形和最大應力及鋼柱在最不利工況下的最大變形、最大應力比及屈曲因子均滿足要求[2]。

圖6 提升架示意

由于中央站房屋蓋最大跨度達74.1m，故在主桁架下弦設置水平拉索以減小跨中變形(見圖7)。提升過程中，水平拉索的分級張拉與提升油缸同步。拉索一端為固定端，通過底錨支架與主結構桁架下弦桿連接，另一端為張拉端，設置張拉油缸。拉索兩端與對應桁架耳板采用銷軸連接，確保拉索可豎向自由轉動(見圖8)。水平拉鎖端耳板厚度為30mm，拉鎖張拉力為1 728kN，350t的油缸儲備系數(shù)為2.03，鋼絞線共23條，其安全系數(shù)為3.46。

圖7 水平張拉立面

圖8 水平張拉節(jié)點模型

水平拉索張拉對大跨度屋蓋的提升十分重要，為確保安裝工程的安全性，還需對水平張拉點進行變形及應力模擬分析，確保水平張拉點的可靠性。

當屋蓋提升時，為進一步減小結構應力及變形，對提升1，2區(qū)交界處及鋼柱周邊桁架進行加固處理。為方便后續(xù)施工，減少拆除工程量(不影響外觀的加固構件后期可不拆除)，要求加固構件與主體結構間采用等強焊接。

西站房吊裝區(qū)屋蓋桁架結構主要使用履帶式起重機進行吊裝，由于屋蓋跨度大，吊裝過程中，桁架體系易產(chǎn)生形變，吊裝前對吊裝屋蓋進行模擬分析，以確保安全可靠。

4 鋼結構卸載方案

鋼結構卸載主要難點在于卸載過程受力復雜，卸載設備同步控制難度大。卸載過程中，主體結構及支架受荷情況發(fā)生變化，主體結構逐步由支撐受力狀態(tài)過渡至自由受力狀態(tài)，支架則逐步演化成無荷狀態(tài)，結構體系產(chǎn)生內力重分布現(xiàn)象[3-4]。因此，支架形式的正確選擇是大跨度鋼結構屋蓋安全卸載的關鍵。卸載方案遵循分區(qū)、分級、均衡、緩慢的原則，主要包括提升架、拉索卸載及吊裝區(qū)臨時支撐卸載。

當多種方案進行多方面比較后，采用整體下降技術控制屋蓋提升區(qū)桁架的卸載工作。提升架卸載過程中，支架承受的荷載通過提升油缸系統(tǒng)按分級控制卸載量的方式(10%，30%，50%，70%，90%，100%)，逐級減小荷載，其中卸載量應根據(jù)計算得出，該過程通過計算機統(tǒng)一指揮施行，確保各卸載點卸載過程的同步性。拉索卸載應遵循防止桁架變形的原則，在提升架卸載完成及主次桁架連接形成整體后進行。和提升架的卸載方式相同，由計算機統(tǒng)一指揮，采用分級控制卸載量的方式(30%，50%，90%，100%)，逐級減小荷載，從而完成拉索卸載工作。此外，卸載時還應觀測變形控制點產(chǎn)生的變形位移情況，產(chǎn)生較大偏差時，立刻停止卸載，待查明并排除問題后繼續(xù)進行卸載。

通過逐步割除胎架模板的方式進行臨時支撐卸載，按照如圖9所示分區(qū)逐個進行同步卸載。卸載前，需確保結構不受附加約束，處于自由狀態(tài)，并保證臨時支撐的穩(wěn)定性。在臨時支撐卸載過程中，每次割除的模板高度主要受支撐點的卸載位移量影響，控制在5～10mm，在某一步割除工作后，結構未出現(xiàn)向下的位移時，即可拆除支撐。在整個卸載過程中，需密切關注變形控制點的位移，當出現(xiàn)較大偏差時，立刻停止卸載，待查明并排除問題后繼續(xù)進行卸載。

圖9 吊裝區(qū)臨時支撐卸載順序

5 施工全過程模擬

根據(jù)實際施工工況，通過MIDAS Gen 2017有限元軟件，計算出站房屋蓋在安裝過程中的變形、位移及應力變化，分析整個施工周期中結構存在的最不利情況，以便工程實施過程中做好防范措施。

仿真模擬分析表明，在完整的施工周期中，屋蓋結構位移、應力均滿足規(guī)范設計要求，整個施工方案合理可靠。

6 結語

1)臺州中心站站房屋蓋跨度大、構件截面尺寸大，故選擇現(xiàn)場拼裝、吊裝提升的方法進行安裝施工。通過有限元軟件進行仿真模擬分析，結果表明，方案設計合理，安裝過程中，主體結構變形、位移及應力均滿足設計要求。

2)使用胎架輔助構件定位拼接的工藝具有很好的精準性，為后續(xù)工作打好堅實基礎。在大跨度桁架跨中進行水平張拉，施加預應力，很好地減小提升過程中主體結構變形與應力。對提升吊裝過程中提升架、鋼柱及主體結構的變形與應力進行模擬分析，為提升吊裝工藝的安全可靠性提供理論支持。

3)提升架及拉索卸載采用分級控制卸載量的方式，逐級減小荷載，臨時支撐卸載主要通過切割胎架的方式，為保證卸載過程的同步性，卸載過程中，密切觀測變形控制點的變形位移量，確保主體結構在卸載過程中安全可靠。