石建彬

（中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西太原 030006）

1 技術(shù)背景

渝昆高鐵與自宜鐵路共同使用的站房設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心，其結(jié)構(gòu)布局劃分為西側(cè)式站房、高聳的高架站房以及東側(cè)式站房三大部分。整體站房的建筑面積達(dá)到驚人的47064m2，其建筑高度更是高達(dá)34.55m。在站房的屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用了先進(jìn)的四角錐焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其確保了站房的穩(wěn)固與安全。站房的鋼結(jié)構(gòu)含量高達(dá)1607t，其中鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架分為西站房網(wǎng)架、高聳壯觀的高架站房網(wǎng)架以及東站房網(wǎng)架，各自承載著不同的功能。東站房的屋蓋平面尺寸約為185m×33m，其最大的跨度達(dá)到了63m，最大矢高為4m。高架站房的屋蓋平面尺寸則約為110m×124m，同樣擁有63m 的最大跨度，但其最大矢高卻達(dá)到了5m。而西站房的屋蓋平面尺寸則約為193m×48m，其最大跨度更是達(dá)到了81m，最大矢高更是高達(dá)10m。

伴隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)飛速提升，特別是在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的建設(shè)上，使得焊接球形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在大型建筑項(xiàng)目上的運(yùn)用日益廣泛[1-5]。目前，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝方法具有多樣性。這些方法包括搭設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行原位拼裝、整體拼裝分塊提升以及定點(diǎn)拼裝分塊累積滑移等。在這些方法中，整體拼裝分塊提升具有許多特點(diǎn)，比如機(jī)械化程度高、造價(jià)成本低、施工效率高、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量易于操控、施工便捷等優(yōu)勢(shì)。因此，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)際中[6-7]。然而，目前在鋼結(jié)構(gòu)提升速度慢、施工成本高等問題需解決[8-12]。

鑒于此，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工常用的方法進(jìn)行比較、分析并結(jié)合新工藝，最終形成高架站房大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架附著式提升施工方法。施工可有效提升現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量、節(jié)省工程造價(jià)、縮短施工周期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尤其對(duì)“橋建合一”“上進(jìn)下出式”高鐵站房工程，具有普遍推廣意義。

2 高架站房大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架附著式提升施工原理

2.1 屋蓋網(wǎng)架提升架底板結(jié)構(gòu)加固

高架站房網(wǎng)架安裝采用整體拼裝分塊提升的方式進(jìn)行施工。提升設(shè)備主要受力構(gòu)件為提升支架，提升架節(jié)點(diǎn)如下：門式提升器下部地梁選用HM488mm×300mm×11mm×18mm 用于9.45m 樓面轉(zhuǎn)換梁，將門式提升架的荷載通過轉(zhuǎn)換梁傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)梁上，轉(zhuǎn)換梁與混凝土梁結(jié)構(gòu)梁采用埋件進(jìn)行固定連接。為了保證混凝土轉(zhuǎn)換梁受力可靠，提前就提升架方案與設(shè)計(jì)院進(jìn)行了溝通，增大了轉(zhuǎn)換梁配筋，保證網(wǎng)架提升過程中結(jié)構(gòu)安全。

2.2 BIM 仿真建模結(jié)構(gòu)分析

通過BIM 分析模型的建立，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)碰撞檢測(cè)和施工過程仿真進(jìn)行分析。結(jié)合網(wǎng)架屋蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過模型對(duì)結(jié)構(gòu)施工過程中同步提升結(jié)構(gòu)的受力分析。利用BIM 建模對(duì)施工過程和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，極大的提升現(xiàn)場(chǎng)施工組織效率。

2.3 提升架選型及布設(shè)

利用高架站房天窗位置進(jìn)行提升區(qū)分區(qū)，通過提升結(jié)構(gòu)的重量計(jì)算分析選取滿足承載要求的提升架方式、提升器、鋼絞線。通過門式提升架與附著式提升架組合，每個(gè)提升段對(duì)稱設(shè)置提升點(diǎn)，通過“四點(diǎn)”對(duì)每一片網(wǎng)架進(jìn)行提升，極大的降低提升風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 網(wǎng)架拼裝段提升同步控制

利用提升液壓泵站系統(tǒng)、同步控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)架提升同步控制，通過位移傳感器同步控制各個(gè)提升壓力裝置的提升高度，從而實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)態(tài)控制。試提升過程對(duì)提升設(shè)施和設(shè)備系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，以此滿足工程計(jì)算和設(shè)計(jì)條件等要求，進(jìn)而保證提升的安全性。在試提升過程中，包括對(duì)提升逐級(jí)加載、結(jié)構(gòu)離地檢控、位置檢測(cè)調(diào)控、提升速度把控等步驟，通過微調(diào)提升過程中的各項(xiàng)參數(shù)，使得對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、提升設(shè)施以及提升設(shè)備系統(tǒng)的順利進(jìn)行，確認(rèn)其符合模擬工況計(jì)算和設(shè)計(jì)條件，從而確保提升過程的安全性。

3 工藝流程與操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

焊接球型網(wǎng)架安裝提升施工主要包括施工準(zhǔn)備、BIM 仿真模型建立、網(wǎng)架拼裝段組裝、提升架設(shè)置及布設(shè)、網(wǎng)架拼裝段同步提升、補(bǔ)桿、網(wǎng)架卸載等施工工序，門式提升架構(gòu)件、提升柱及梁、埋件等構(gòu)件通過預(yù)制廠預(yù)制。圖1 為屋蓋網(wǎng)架提升施工的現(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程，清晰地展示了施工過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)與步驟。

圖1 屋蓋網(wǎng)架整體提升施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）準(zhǔn)備施工中所需設(shè)備儀器及材料，確保其規(guī)格和數(shù)量滿足施工需求，并經(jīng)過地市級(jí)以上計(jì)量監(jiān)督單位的標(biāo)定驗(yàn)證，確保準(zhǔn)確性。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況編制《大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架附著式提升施工方案》，經(jīng)過專家安全認(rèn)證并獲得批準(zhǔn)后執(zhí)行。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)文件采購(gòu)所需的提升架、反撐桿、提升器、臨時(shí)提升球、液壓提升器、液壓泵源系統(tǒng)、同步控制系統(tǒng)、傳感器、鋼絞線等建筑材料。

（4）詳細(xì)制定施工工藝和相關(guān)參數(shù)以及質(zhì)量應(yīng)急措施要求，在質(zhì)量把控等難點(diǎn)方面與設(shè)計(jì)單位共同分析研究，指出相應(yīng)解決方案，以此完成兩方工程技術(shù)的交底。

（5）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行摸底，包括施工條件和建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)所需施工設(shè)備儀器以及相關(guān)工藝進(jìn)行順序編排，此外，對(duì)施工過程中所需組織以及管理方面進(jìn)行安置，從而從整體上確保施工過程中各個(gè)方面能夠有序進(jìn)行，有機(jī)結(jié)合。

3.2.2 結(jié)構(gòu)分析模型

（1）通過對(duì)工程文件和現(xiàn)場(chǎng)要求的詳細(xì)了解，完成BIM 分析模型的建立，通過對(duì)結(jié)構(gòu)碰撞檢測(cè)以及施工過程仿真的分析情況，完成提升分區(qū)模型的建立。

（2）根據(jù)鋼網(wǎng)架屋蓋施工圖，結(jié)合網(wǎng)架屋蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立分析模型，對(duì)結(jié)構(gòu)施工過程中同步提升結(jié)構(gòu)的受力情況。

3.2.3 提升架布置

（1）門式提升架。在天窗的可用空間內(nèi)，布置了臨時(shí)桿件和吊點(diǎn)球，這些元素構(gòu)成了門式提升架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。提升架的立柱采用Q235B 標(biāo)準(zhǔn)的φ140×4.0 鋼管，確保了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固和耐用。綴條部分則選用了Q235B 規(guī)格的L50mm×5mm 角鋼，為整體結(jié)構(gòu)提供了額外的支撐和穩(wěn)定性。連接部分統(tǒng)一使用Q235B 的鋼板材質(zhì)，保證了結(jié)構(gòu)的整體性和可靠性。門式提升架的平面尺寸經(jīng)過精心計(jì)算，確定為1.7m×1.7m，滿足了施工需求。在提升架的關(guān)鍵部位，如格構(gòu)柱的柱頂，采用熱軋H 型鋼HW300mm×300mm×10mm×15mm 作為胎帽，這種材料能夠有效承受提升過程中的各種應(yīng)力。底座梁和提升梁則選用了雙拼熱軋H 型鋼HN500mm×200mm×10mm×16mm，提高了梁的承載能力和抗彎剛度，確保提升過程的平穩(wěn)和安全。胎帽、底座梁和提升梁均采用了Q355 材質(zhì)。

（2）附著提升架。附著提升架因?yàn)楹奢d小，空間狹小，故采用原網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升，提升梁采用箱型B400mm×16mm，立柱和后拉桿采用圓管P219mm×10mm，側(cè)向系桿采用圓管P127mm×5mm，材質(zhì)均為Q355。

（3）柱頂提升架。柱頂提升架由牛腿及埋件、立柱、系桿、分配梁和提升梁組成，提升梁采用箱型B400mm×16mm，分配梁采用HW300mm×300mm×10mm×15mm，立柱采用圓管P180mm×10mm，綴桿采用圓管P127mm×5mm 牛腿采用焊接H400mm×300mm×20mm×20mm，材質(zhì)均為Q355。

3.2.4 提升架布設(shè)

（1）根據(jù)高架站房天窗位置進(jìn)行提升區(qū)分區(qū)，通過提升結(jié)構(gòu)的重量計(jì)算分析選取滿足承載要求的提升架方式、提升器，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)瓶裝，連接牢固。

（2）采用臨時(shí)下吊點(diǎn)球結(jié)構(gòu)，并使提升器的中點(diǎn)與下吊點(diǎn)球中心在同一垂直線上。

（3）工程設(shè)計(jì)中考慮到導(dǎo)向方向的便捷因素，位置要求將提升器安裝于鋼絞線導(dǎo)向架的下方，一方面保證油管和相關(guān)傳感器的安裝，另一方面，鋼絞線自由下墜情況。導(dǎo)向架的橫梁通常設(shè)置在比提升器天錨略高的位置，為1.5～2.0m，并且最佳設(shè)計(jì)位置是偏離提升器中心5～10cm。

3.2.5 網(wǎng)架拼裝段組裝

（1）在結(jié)構(gòu)板上首先放置下弦節(jié)點(diǎn)墊板，其次安裝定位6 個(gè)下弦球節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)間的下弦桿。

（2）繼續(xù)安裝下弦球節(jié)點(diǎn)及下弦桿。

（3）安裝上弦球節(jié)點(diǎn)和腹桿。

（4）繼續(xù)安裝上弦球節(jié)點(diǎn)和腹桿。

（5）完成一個(gè)分區(qū)網(wǎng)架拼裝，準(zhǔn)備提升施工。

3.2.6 網(wǎng)架提升

（1）逐步加載。在網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)的試提升階段，采用逐步加載技術(shù)。通過地面液壓泵源系統(tǒng)精確控制液壓提升系統(tǒng)，按照20%、40%、60%、80%的遞增比例逐步施加荷載。每一級(jí)加載后，確保結(jié)構(gòu)無異常，才進(jìn)行下一級(jí)加載，直至達(dá)到100%的預(yù)定荷載，使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)順利脫離拼裝胎架。

（2）離地檢測(cè)。完成加載后，使提升單元平穩(wěn)離地約500mm。隨后，通過液壓提升系統(tǒng)使結(jié)構(gòu)在空中穩(wěn)定懸停半天，進(jìn)行全面的安全檢查。在確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無異常后，方可進(jìn)行正式的網(wǎng)架提升。

（3）整體提升。整體提升過程中，每個(gè)提升器的行程設(shè)定為250mm，整體提升速度控制在約5m/h。當(dāng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升至指定位置后，停止提升。通過對(duì)吊點(diǎn)的微調(diào)，確保主網(wǎng)架弦桿精確達(dá)到設(shè)計(jì)要求的位置。此過程要嚴(yán)格控制各吊點(diǎn)的提升加載力，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

3.2.7 網(wǎng)架補(bǔ)桿與連接

在液壓提升系統(tǒng)暫停并確保結(jié)構(gòu)單元穩(wěn)定懸停后，對(duì)部分網(wǎng)架與原位拼裝部分進(jìn)行快速補(bǔ)桿連接，形成完整的受力體系。所有補(bǔ)加的焊縫必須經(jīng)過嚴(yán)格的探傷檢測(cè)，確保質(zhì)量合格后方可進(jìn)行下一步的卸載操作。

3.2.8 卸載流程

卸載過程中，逐步提升加載的比例，首先使各吊點(diǎn)完成10%的卸載。若卸載過程中出現(xiàn)載荷轉(zhuǎn)移，即某位置卸載過快導(dǎo)致其他位置承受額外載荷，需立即通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)載荷和位移情況，調(diào)整泵站液壓，降低卸荷速率。此過程需反復(fù)進(jìn)行，直至鋼絞線完全松弛，確保結(jié)構(gòu)安全卸載。

4 關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)研究

（1）該方法在主體施工階段對(duì)鋼架提升架基礎(chǔ)范圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng)，避免了后期因主體結(jié)構(gòu)承載力不足造成原有結(jié)構(gòu)破壞或重新搭設(shè)下部支撐架體。

（2）該方法將把部分提升點(diǎn)附著在既有框架柱及已施工完成的網(wǎng)架上面，巧妙李永原結(jié)構(gòu)及已施工完成網(wǎng)架自重作為提升配重。

（3）該方法采用BIM 技術(shù)對(duì)施工過程和屋架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，對(duì)施工區(qū)域模擬劃分區(qū)域，并通過位移傳感器同步控制各個(gè)提升液壓裝置的提升高度，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)架拼裝段提升過程中的同步動(dòng)態(tài)控制，而且可以極大的提升現(xiàn)場(chǎng)施工組織的效率。

（4）該方法利用自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在天窗位置對(duì)稱設(shè)置提升門式架，通過與附著式提升點(diǎn)進(jìn)行組合，“四點(diǎn)”對(duì)每一片網(wǎng)架進(jìn)行提升，極大的降低了網(wǎng)架提升風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

（1）鋼結(jié)構(gòu)屋面網(wǎng)架原位拼裝和分塊提升相結(jié)合的方式，使得鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工更加簡(jiǎn)單快捷，且大大降低安全施工風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)自制小型網(wǎng)架吊裝裝置的使用，極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)架拼裝速度，加快了現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度。

（2）屋蓋鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架原位拼裝和分塊提升相結(jié)合的施工方式相對(duì)鋼結(jié)構(gòu)滑移施工，不僅降低造價(jià)，縮短工期，同時(shí)大幅減少了高空作業(yè)危險(xiǎn)。

（3）該方法采用原位拼裝和分塊提升的組合方案減少了高空焊接及拼裝的工作，降低了焊渣及粉塵對(duì)環(huán)境的污染；本工法所需的動(dòng)力較小，在一定程度上節(jié)約了社會(huì)資源。

（4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)事例，該方法能有效提升現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量、節(jié)省工程造價(jià)、縮短施工周期等優(yōu)勢(shì)，能夠取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尤其對(duì)“橋建合一”“上進(jìn)下出式”高鐵站房工程，具有普遍推廣意義。