大连火车站钢结构施工安装技术

作者:章伟松 彭立彬 闫海飞    
时间:2012-09-03 15:21:23 [收藏]
目前中国铁路、火车站建设如火如荼,一大批技术先进、跨度大、规模宏伟的火车站正在建设或规划当中,本文根据大连火车站钢结构施工安装过程中的实践经验,论述钢结构施工安装过程中涉及吊装、技术措施、深化设计等方面的几个技术要点
    关键词:大连火车站 大连火车站钢结构施工安装

    工程概况
       大连火车站工程主要包括出站层、基本站台层、高架候车层、型钢桁架商业夹层和管桁架屋顶层,如图1~2。

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    钢结构工程主要包括钢柱、型钢桁架商业夹层、管桁架屋面以及附属结构;其中屋面管桁架结构体系由中间9榀张弦主桁架、南北端两立面幕墙桁架以及主桁架之间的托架、檩桁架、次桁架、边桁架、支撑、隅撑等结构组成。
     主桁架为张拉弦正立三角桁架,主跨跨度达72米,如图3。

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    大型立面悬挑桁架拼装起拱
    本工程南北幕墙桁架为倒立三角桁架,如图4。竖向平面通过高强螺栓节点与框架柱连接,由于幕墙桁架体量较大,自重大,其上所承受的大理石材幕墙荷载大,且幕墙桁架悬挑跨度达到6米,幕墙桁架安装完成后将在上述因素共同作用产生过大的下挠,尤其在中部跨度大的部位,所以幕墙桁架在安装过程中必须预起拱。
    本工程幕墙桁架安装方法为现场拼装、分段吊装,由于幕墙桁架是通过高强螺栓与框架柱连接,高强螺栓安装要求精度高,当采用吊装起拱时将出现高强螺栓无法安装的情况,所以本工程幕墙桁架安装采取拼装起拱的方式,即在拼装时将上弦平面中间弦杆标高提高20mm,上弦平面最外面弦杆标高提高40mm,这样上弦平面和竖向平面的夹角将稍微大于
    90度。 
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    为满足张弦桁架张拉施工,钢结构施工过程中所必须采取的技术措施
    本工程主桁架为张拉弦桁架,主桁架与框架柱连接的中间两支座为固定铰支座,外侧四个支座为固定支座;但是在张拉施工过程中,为了减小摩擦力以有利于预应力的施加,同时为了减小张拉过程中主桁架对框架柱所产生的水平向推力,设计要求在主桁架张拉过程中,主桁架必须处于滑动状态,待主桁架张拉施工完毕后,再将各支座固定到设计状态,因此为满足设计要求,主桁架在安装过程中必须采取相应的构造措施。
    综合考虑各方面影响因素,确保既能满足设计要求,又施工方便,决定采用在钢柱上加临时支托的方式确保主桁架在张拉过程中可以滑动,临时支托和钢柱同时深化、同时加工,这样就最大限度的减小了现场工作量,同时工厂加工精度高,能较好地满足设计要求。
    柱顶临时支托构造示意图如图5~6所示,临时支托上部做成凹槽状,弧度与主桁架弦杆弧度吻合,凹槽板上附4mm厚聚四氟乙烯板以利于滑动,主桁架下部四根撑管通过穿心板与钢柱连接,张拉施工过程中暂不与主桁架相连,张拉结束后与主桁架焊接。
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    温度合拢缝技术处理措施
    本钢结构工程由于结构超长(总长243.8米)且没有设置伸缩缝,为了尽量减小温度对结构的不利影响,钢结构施工过程中在中部设置了两道温度合拢缝,合拢缝必须等到温度处于15±5℃时才能进行合拢施工,所以在合拢缝合拢之前跨越合拢缝处的钢结构必须处于自由伸缩状态,否则将会产生很大的温度应力。
    本工程跨越合拢缝的钢结构主要有商业夹层钢桁架、钢次梁、屋面管桁架、檩条等结构,必须针对不同结构的特点采取相应的构造处理措施。
    对于商业夹层钢桁架,考虑到桁架受力很大,为安全起见,考虑在合拢缝节点处加临时支撑的方式,保证桁架在合拢之前可以自由伸缩;同时考虑到桁架合拢缝处支撑形式由固定支座改为铰接支座,跨中弯矩变大可能对结构受力、变形等产生不利影响,须在合拢缝桁架跨中及邻跨跨中设置临时支撑,合拢完成后拆除临时支撑,夹层钢桁架合拢缝处理措施如图7示。

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    对于跨越合拢缝的钢次梁,将次梁靠合拢缝一端高强螺栓孔加工成长圆孔的形式,钢次梁合拢缝处理措施如图8示。


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    对于跨越合拢缝的管桁架结构,采取在合拢缝处加设钢套管的方式,合拢之前管桁架可以再套管内自由伸缩滑动,合拢后将钢套管与桁架弦杆焊接,管桁架合拢缝处理示意图如图9所示。

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    对于跨越合拢缝处的檩条,采取在檩条外面三面加盖板的方式进行处理,合拢前檩条可以在盖板内自由滑动,合拢后将檩条和盖板焊接。

     
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    汽车吊上混凝土楼面辅助履带吊进行双机抬吊吊装技术
    本工程既有铁路运行线将钢结构工程分为转线前、转线后两个施工阶段,转线前施工阶段工作面跨越8条轴线,主要吊装机械有500吨履带吊、150吨履带吊、以及汽车吊等;而转线后工作面仅有3条轴线,且北邻既有铁路运行线,南邻地铁站施工区域,场地十分狭小,无法实现大小履带吊经济配置,只能选择一台大型吊装机械,同时考虑到制约大型履带吊选择的主要因素是主桁架跨中四个吊装单元,若选择500吨履带吊将造成较大浪费、不经济,综合考虑各方面影响因素,决定采用300吨履带吊为主要吊装机械,50吨汽车吊上高架混凝土楼面辅助300吨履带吊进行主桁架主跨吊装单元的吊装,同时50吨汽车吊还可以单独进行其余小构件、小桁架吊装,这样可以充分发挥300吨履带吊以及50吨汽车吊的最大经济效益。
    吊装方案确定后,为确保施工安全以及混凝土结构安全,必须编制详细的施工方案、制定细致的工作流程以及安全保证措施。
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    下面就以混凝土主梁验算为例,重点阐述混凝土梁验算方法及验算过程。
    混凝土主梁截面尺寸b×h=1000mm×2600mm,配筋为梁上部纵筋12Φ32,下部纵筋26Φ32,箍筋为Φ12@100/150(6),混凝土强度等级按C35计(主梁混凝土强度等级为C50,验算时按达到其强度等级的70%计)。
    计算简图13如下所示:
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    1)荷载取值(恒荷载分项系数取1.2,活荷载分项系数取1.4)
    楼板直接传给主梁的三角形荷载最大值为
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    次梁传给主梁的集中荷载为381KN(验算次梁时得出)
    吊车站位位置次梁传递给主梁的集中荷载为446.9KN(根据吊机站位、吊装情况,由力矩平衡原理得出)
    50吨汽车吊上高架进行屋盖桁架吊装时,高架下部支撑架尚未拆除,基于结构受力偏安全考虑,在进行混凝土梁验算时,仅考虑支撑架承担混凝土梁自重荷载。
    50吨汽车吊支腿对主梁的集中力为1.4×95kN=133kN(汽车吊前支腿为主要受力支腿,支撑于主梁上,传给主梁的荷载由力矩平衡原理得出),主桁架下部支撑架传给主梁的荷载为266.7KN(考虑吊装时最不利荷载情况),根据上述计算简图可计算出:
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    梁挠度的0.735倍,故汽车吊上高架进行桁架吊装时混凝土梁的挠度满足要求。
    混凝土梁最大裂缝计算公式为:
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    混凝土主梁正常使用时的0.61倍,裂缝满足要求
    6        带销轴的斜腹杆深化、安装建议
    本工程南北立面幕墙桁架含有大量带销轴的斜腹杆,这种腹杆一端通过销轴与钢柱连接,另一端通过相贯焊缝与幕墙桁架连接,由于相贯端距离节点过近,使得销轴无法安装,建议在这种杆件深化、加工时,只焊接一块销轴耳板,待杆件安装完成后再安装另外一块耳板,后安装的耳板通过一级熔透焊缝与腹杆端板焊接。
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    结束语:
        随着钢结构在中国的不断推广与深入发展,钢结构设计趋于新颖、独特,施工技术日新月异,本文所提供的几个方面的施工技术问题的讨论,可以为同类工程提供参考。
    参考文献:
    [1]浙江大学 建筑结构静力计算手册   中国建筑工业出版社出版 2009
    [2]混凝土结构设计原理 中国建筑工业出版社出版(第三版) 2005
    【作者简介】:章伟松,浙江精工钢结构有限公司副总经理,高级工程师,浙江绍兴柯桥鉴湖路1587号 312030 电话:13588576588,E-mail:zhangws@jgsteel.cn
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