摘 要：郑州东站是全国最大的铁路工程之一，其站房钢结构工程涉及的结构形式比较复杂，有78米大跨度，有高低跨的对接，有17米长的悬挑结构，也有玻璃幕墙结构，以及石材幕墙结构等结构。其构件形式也十分多样，有矩形钢柱、圆管钢柱、实腹梁、矩形桁架、H型钢桁架、圆管桁架、铰接斜撑、铸钢节点、正三角桁架、倒三角形桁架、四边形桁架、形桁架等形式构件。其安装最大特点是吊机不能在地面进行施工，整个安装也不适合滑移技术的要求，因此本项目采用了主吊机高空作业，屋面桁架高空组装的技术解决了本项目中的难点。此项目难度之大、形象之深远，皆可为后续工程提供难能可贵的经验。
1、工程概况
郑州东站含两家总包单位，两家单位均为铁道系统单位，我司上海宝冶集团有限公司承接了郑州东站东区站房东区（P~X轴）钢结构以及雨棚南北（C~V轴）全部钢结构工程。由于站房钢结构工程量大，约为8万吨，施工十分复杂，技术含量高，其中东区钢结构约为26000吨（不含9.4米以下劲形钢柱），因此本文仅以站房东区（P~X轴）钢结构施工为例。
郑州东站位于郑州市郑东新区，范围是东风东路以东、七里河南路以南、博学路以西、商鼎路以北所围合的区域，是新建石武（石家庄-武汉）客运专线和徐兰（徐州-兰州）客运专线十字交汇枢纽，将汇集铁路客运、公路客运、轨道交通、城市公交等多种交通方式，实现多种交通方式的有机衔接。
东站站房建筑共三层，分别为地面层、站台层和高架层（含高架夹层），站房主体建筑外墙东西进深502.7m，南北面宽245.2m，站房主体最高点距离地面52.3m。32条火车轨道线从站台层通过,站台层高度为10.15米如图1~3。
图2：郑州东站钢结构横剖面图
图3：郑州东站钢结构纵剖面图
2.1、钢管桁架的制作精度控制
本工程屋盖为管桁架结构，截面尺寸超大，支撑采取工厂散杆件加工，预拼装解体后运输到现场，由现场进行组装。因此如何保证制作精度成为本工程制作的一大难点。
2.2、站台层上部钢结构的安装
站台层上部钢结构体量非常大，结构东西长186米（仅P~X轴）、南北宽245米，站台层不能直接走吊机，外部吊装吊机无法覆盖这么大面积，给安装带来极大困难。
2.3、高架层、夹层和屋面均有大跨度，胎架选型和材料准备困难。
2.4、胎架数量多、层次多，卸载存在困难
本工程屋盖桁架的安装大量使用了支撑胎架，如何卸载、撤除支撑胎架，保证结构不出现大的结构变形是本工程施工又一难点。
2.5、拼装和构件堆放困难
现场轨道层和钢结构安装同步进行，现场缺乏场地，构件拼装和构件堆场困难。
2.6、栈桥和坡道搭设
由于吊机不能在地面层施工，吊机走位方向垂直轨道方向，因此需要为吊机搭设栈桥和坡道，栈桥搭设存在。
2.7、吊机下车
由于吊机上车是搭设坡道还有场地，下车时已经没有坡道搭设位置，下车存在困难。
2.8、安装组织困难
由于结构层数多，吊机不宜展开，土建等相关作业交叉严重，构件不能直接运输到吊装位置，因此安装组织十分困难。
3、安装方案介绍及执行过程
由于制作在上海加工厂制作，因此方案主要介绍现场安装施工的技术。站房钢结构安装分三个水平层次，分别为：高架层、夹层、屋面，以及每层之间还有钢柱。为了保证安装，结合现场实际情况，做了以下几个方面的准备：
3.1、 制定作业流水方向
根据总包分工情况，以结构平面图P轴为界（第一版图纸P轴为伸缩缝，第二版图纸改在M轴），P~X轴为东区，P~A轴为西区，两个区域安装单位自行确定施工方案和施工顺序。
根据图纸东区以18~19线中心线为对称轴，站台层、高架层、商业夹层、屋面均以18~19线中心线为对称轴，高架层、商业夹层为框架结构，对吊装顺序没有太多要求，各个方向均可以满足吊装，但是18~19线地面层有已经施工完成的结构部分，此部分不能承重，尤其是大吊机的荷载。其次，屋面为整体桁架，除了支撑杆，所有纵横桁架均通过焊接连接成一起，另外屋面桁架数字轴线标高一致，字母轴线桁架标高有起伏，屋面也以18~19线中心线为对称轴，因此我司决定以垂直于对称轴方向为主桁架，以平行于对称轴的桁架为次桁架，这样有利于屋面桁架的安装，见图4。
结合总包要求、结构组成形式、地铁站上方不能走吊机等现实因素，主吊机的吊装吊装方向也是从P向X轴进行吊装。这样也避免相互交叉施工，相互制约的问题。
3.2、 选定吊车
选择吊车主要考虑作业半径、起重高度、以及起重量，因为本项目特殊要求，还需要考虑吊机自重、吊机外形、吊机爬坡能力。
由于轨道层垂直与吊机行走路线，因此吊机必须在轨道层之上进行行走施工，因此吊机的作业面标高将高于10.15米。根据高架层钢柱最重单件构件为48吨，作业半径可以尽量小；最高屋面建筑物标高为52.3米，为南北方向主桁架，因此起重高度选择为52米（构件高度42米，钢丝绳、吊钩高度10米），作业半径为22米~24米，构件起重量控制在20吨。再结合资源情况，300吨和250吨吊机均能满足使用要求，其中300吨吊机使用效率会高些，性能的安全储备会更好，但是租赁价格会稍贵些，也是可以承受的，但是对栈桥桩基、基础、栈桥承载力会提出更高的要求，总的成本会增加很多，因此本项目最终选用的还是250吨履带吊。
由于吊机要从地面标高-1.5米标高行走到10.15米以上，因此需要吊机进行爬坡，根据各家吊机爬坡能力指数，均控制在15~17度之间。后来根据现场道路和场地条件，在8~9线和28~29线分别搭设栈桥，坡度控制在9度。
之所以考虑吊机自重，是因为重量越大对下部要求越高，因此选择吊机首先选择自重较轻的吊机，从多家吊机型号中最后选择了日本住友SCX2500型和扶挖QUY250型，主臂选用60.2米，副臂选用24米，仰角30°，其自重基本均在210吨~220吨，考虑吊物，总重在250~260吨左右。
之所以考虑日本住友SCX2500和扶挖QUY250型两种型号，也是因为其外形尺寸，尤其是履带宽窄和中心距基本一致，即履带中心距均为6400mm，履带宽度分别为1120mm，1200mm，履带长度分别为7860mm、8188mm。
3.3、 编制吊车行走栈桥通道方案；
吊机规格、类型、走向确定之后，然后确定栈桥方案。栈桥方案主要涉及：桩基、承台、立柱、柱平台、转弯平台、走道路基箱，见图5~6。
3.3.1计算过程中假设的参数有：
吊机全配重自重220吨
吊机起重量主臂48吨，副臂20吨，不同时使用
走道路基箱安装2.4吨/米自重进行计算，最终的选材基本控制在了2.0~2.2吨/米
动载系数取1.4
静载系数取1.2
栈桥最大跨度22米
吊机履带中心距为6400mm
3.3.2选取计算模型
3.3.3选取材料进行试算
材料主要采用公司废料、余料，计算的参数主要有：
构件刚度计算：保证构件挠度小于L/400。
构件强度计算：保证所有杆件应力比不大于0.9，预留安全系数。
构件稳定性计算：保证整体稳定和局部稳定。
最终选用的四肢格构柱截面为H390*300*10*16，由于选用余料，因此材质统一定为Q235B。余料截面惯性矩大于H390*300*10*16的材料均可使用；路基箱选用的是H700*300*13*21的截面，材质统一定为Q235B，图7如下：
柱顶平台采用于H390*300*10*16的材料，大小为4.5M*8.4M，横跨两个柱（每件柱子四个柱脚，柱子中心距为6.4米，和吊机履带中心距一致）；转换平台（主要用于吊机进行调头位置）采用H700*300*13*21的截面，大小为11M*12M；
桩选用直径D=700mm钻孔灌注桩,桩长L=23.0m,本图中支架3(两桩承台下桩)均采用直径D=700mm的钻孔灌注桩；桩顶设置承台，并进行柱脚埋件预埋。
栈桥设计顶部标高为10.990米，高于站台层840mm，。
3.3.4栈桥制作、安装
桩和承台由土建单位施工，栈桥制作和安装由我司施工,见图8~11。
栈桥的整个安装过程采用250吨履带吊安装。安装顺序从里到外，满足上坡之后既可以自行向前安装。
3.4、 高架层、夹层、屋面胎架材料
胎架设置主要通过SAP2000计算刚度和稳定性，我司采用了多种形式的胎架结构，有格构式普通胎架，也有单管支撑租赁的胎架，经过计算均满足要求。
支撑的设置关键是底部需要有承台，顶部需要自行设置调节段（因为租赁的胎架高度为整数高度）和缆风绳；从第二层高架层起，通向屋面的胎架设置转换梁，以便于能从高架层直接树立胎架，见图12。
3.5、选择构件堆放及拼装场地，编制大临方案；
大临方案的编制主要设置考虑用水、用电、以及工人的正常生活，还有拼装场地行车的行走路线，构件的堆放，施工道路，门卫等等。
由于26000吨构件需要堆放，现场又没有场地，因此我部租赁了2块场地，均在金水东路附近，合计面积20000余平米。
现场构件的拼装，主要涉及屋面管桁架，以及玻璃幕墙，水槽、罩棚等等。拼装首先需要构件之间的关键定位尺寸，其次安装关键尺寸搭设胎架，胎架需要定位准确、牢固、安全、使用方便等特点。
玻璃幕墙桁架结构形式，桁架水平分五层，我司为了方便安装，底部采用水平分度，上部采用我司为竖向分段。右图为玻璃幕墙现场拼装焊接过程中，其中节点部位均为铸钢件，我司采用药性焊丝E501T-1，见图13~14。
屋面管桁架拼装全部在现场，我司根据桁架的形式制作了多种形式的胎架，右图为倒三角形桁架的胎架。为了保证安装精度，桁架在拼装过程中即完成了预拼装。
3.6、 吊机下车
吊机下车是采用高空解体法进行的，即先租用300吨汽车吊，然后在场地东侧，地铁基坑旁站位协助解体，并吊运到地面。解体步骤为：先拆除副臂、主臂；其次拆除配重；然后通过吊机自身千斤顶顶起吊车；拆除吊机两侧履带；使用300吨汽车吊调运250吨吊机主体。
具体见下页附图15~19。
图15：栈桥及吊机行走布置图
4、现场实际安装实况照片
在保证了前期准备工作完成之后，所有工作即可转到施工现场，现场采用了6台250吨主吊机进行同步作业。安装进行分区分层流水作业，即吊机从P轴把构件从上到下一次全部安装完成再向后倒退，一直到退出作业区。
5、总结
一个项目的成败关键看项目前期的组织策划和技术准备，技术准备又是所有工作开展的基础。一个好的技术方案不但节约有利于项目的实施，也能保证安全、质量，也能节约成本，减少现场施工的工作量。本项目之所以能顺利实施，除了公司及各个部门的大力配合，也和前期做了大量技术准备及论证工作有关。
6、参考文献
【1】刘振兴：建筑工程施工分部分项技术交底操作规范大全，银声音像出版社，2010年
【2】北京土木建筑学会：钢结构工程施工技术措施，经济科学出版社，2005年6月
第一作者简介：任长林、男，1979年8月21日出生于陕西省兴平市马嵬镇张村，就职于上海宝冶集团有限公司钢结构分公司，担任本单位郑州东站钢结构工程项目部主任工程师，二级建造师资质。单位地址：上海市宝山区罗店工业园区罗新路305号，邮编：201900
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