唐山火车站站房悬挑结构是目前我国铁路项目设计的第一个大型悬挑结构工程。通过介绍悬挑结构的施工流程、技术准备、具体实施和措施保障等，到最终顺利完成大跨度悬挑结构安装的全过程，分析安装施工过程中的重点和难点以及先进技术和措施，及时总结得失，为以后类似的工程施工提供参考和借鉴。
[关键字]：大跨度 ；组合体；结构平衡；结构稳定

      津秦客运专线唐山火车站位于唐山市路南区赖旺庄村，地处112国道东侧，北新西道东南侧，交通十分便利。本场区属扇间洼地型低平原，地势平坦开阔，植被不甚发育，多辟为桃树林。唐山新火车站的建筑外观设计进行了大胆创新，特别是东、西两侧的大型悬挑门框更是气势恢弘，整个建筑采取了“旭日初升”的美好立意，唐山新站迎着东方初升的旭日，沐浴在和谐温暖的晨光中，“旭日初升”契合了唐山站在城市空间发展中的重要地位，见图1。寓意了唐山新世纪蓬勃发展、蒸蒸日上的朝气，预示了唐山城市发展的美好未来。建成后的新火车站将成为城市主干道——新华西道西端的唐山城市名片。
 

图1 唐山火车站大型悬挑门框效果图
 

站房悬挑结构位于站房高架层东西两端部位，悬挑结构由单片次桁架组成，最大悬挑达28米，最小悬挑为2.3米；悬挑结构之间由单片主桁架及区块次结构连接，单片主桁架长度为9~12米。具体结构特点详见下图2-5所示：

图2 唐山火车站大型悬挑结构安装技术 悬挑单片次桁架及撑杆    


               
图3 唐山火车站大型悬挑结构安装技术 单片主桁架

       
图4 唐山火车站大型悬挑结构安装技术 区块次结构  

               
图5 唐山火车站大型悬挑结构安装技术 H型钢梁
 

1. 工程重难点
      1.1场地条件限制
      由于现场场地条件的限制，现场无法进行支撑架的设置。同时大型吊机只能固定一处进行安装作业，为配合本方案进行悬挑结构的安装，需要另外的大型汽车吊配合安装，场地限制捉襟见肘。
      1.2悬挑结构安装方法困难
      由于悬挑结构都为单片形式，且最大悬挑达到28米，如设置支撑架则由于场地限制无法形成，整个安装过程只能靠结构本身的支撑体系完成。
      1.3 测量控制保证困难
      由于悬挑桁架都为单片桁架，在高空安装时，悬挑结构的安装标高及悬挑端部的左右位移将很难得到有效控制

2. 悬挑结构安装思路及顺序
      根据悬挑结构的安装特点，结合现场实际情况。在进行悬挑结构安装时，将组拼完成的单片悬挑次桁架与斜撑杆连接在一起（通过销轴连接及手拉葫芦），使用大型履带吊将单片悬挑次桁架与斜撑杆的组合体同时起吊。当该组合体吊至设计安装位置后，先将斜撑杆与混凝土柱上的预埋件通过销轴连接固定起来，再通过吊机下钩的过程使组合体中单片次桁架上弦杆及下弦腹杆与原结构桁架对接，同时悬挑单片次桁架悬挑端部通过揽风绳调节侧向位移，并起到临时固定作用。最后，施工人员在次桁架上、下弦杆同时进行焊接。在焊接作业完成后，履带吊机才能松钩。
    由于H型钢梁在悬挑结构之间都有设置，且H型钢梁是通过螺栓形式与次桁架上弦杆檩托连接，钢梁安装方便快捷。那么根据这一特点，在进行悬挑次桁架的安装时，除通过揽风绳控制次桁架悬挑端部位移外，拦风绳只能起到临时连接的作用。所以，通过H型钢梁将两个相邻的悬挑次桁架连接起来，形成一个刚性连接，这样对悬挑结构在安装时的临时稳定性起到很大的作用。
    在相邻的悬挑次桁架安装完成后，除H型钢梁的安装外，紧接着将单片主桁架和区块次桁架通过汽车吊进行安装，这样从结构上形成了一个稳定的区块。
    再根据整体结构设计形式看，悬挑结构南北两侧悬挑长度为2m左右（1轴、16轴为三角悬挑次桁架，2轴、15轴为单片悬挑次桁架，这四个悬挑结构无斜撑杆），所以整体安装将从一侧向另一侧（即由北向南安装或由南向北安装）进行。
    按照上述这些安装思路及顺序，相邻之间的悬挑次桁架、中间次结构连续安装，最后完成整个悬挑结构的安装。
      按照图纸要求和上述思路，钢结构站房安装顺序如下（以由北向南安装顺序为例）：

[page]16轴三角悬挑次桁架安装（不含撑杆）         
      15轴单片悬挑次桁架安装（不含撑杆）    
      15~16轴之间次结构安装（含H型钢梁）      
      14轴单片悬挑次桁架安装       
      14~15轴之间次结构安装（含H型钢梁）      
      13轴单片悬挑次桁架安装      
      13~14轴之间次结构安装（含H型钢梁）
      ……2轴单片悬挑次桁架安装（不含撑杆）      
      2~3轴之间次结构安装（含H型钢梁）
      1轴三角悬挑次桁架安装（不含撑杆）      
      1~2轴之间次结构安装（含H型钢梁）

      施工顺序如下图6所示（以西侧Ⅲ段悬挑结构安装顺序为例）：

 

图6 唐山火车站大型悬挑结构安装技术:悬挑结构

3. 悬挑结构安装流程
      由于悬挑单片次桁架与斜撑杆将组成一个组合体同时起吊，所以在地面起吊时，将斜撑杆与桁架连接过程至关重要，详见下列步骤图：
      第一步：事先设置马蹬（其高度根据实际情况确定），将斜撑杆一端通过汽车吊吊至马蹬之上，并保持斜撑杆耳板开口朝上。

      第二步：将悬挑单片次桁架吊至撑杆上方。
 

第三步：将悬挑单片次桁架垂直下落，使桁架耳板插入斜撑杆耳板之内。

      第四步：当耳板对接好后，保持销轴孔对齐，然后将销轴穿入其中。

      第五步：斜撑杆的尾部与桁架尾部，通过钢丝绳套和10吨的手拉葫芦绑牢。等待组合体起吊后，尾部钢丝绳慢慢放长，大致达到设计角度要求（钢丝绳长度根据角度要求设置，约比设计要求长50cm左右）

      第六步：组合体起吊过程中，由于起初时，撑杆重量集中于悬挑单片桁架悬挑端部，尾部仍在地面搁置，为防止组合体重量不均匀而引起不水平或倾覆发生，使用25吨汽车吊在悬挑端部配合起吊。

      第七步：待斜撑杆头尾都与桁架连接后，慢慢起吊次桁架，斜撑杆销轴端部将和桁架同时吊起，而尾部则随着手拉葫芦固定的长度慢慢放长，最后组合体形成。同时，斜撑杆的安装角度大致形成。

      4. 现场安装关键技术
      4.1组合体组合技术
      从上面的操作步骤及安装方法来看，单片悬挑桁架与支撑杆将先组合成一个组合体后进行安装作业，又由于支撑杆最大单重近达10吨左右，仅靠一个销轴将单片桁架与支撑杆结合在一起，同时撑杆的大角度安装状态也是本次安装的一个重难点之一。
      为解决上述问题，事先将撑杆通过马?将支撑杆的一端垫起，垫起高度由支撑杆与单片桁架之间夹角决定。稳定住支撑杆后，再将单片桁架下的耳板慢慢插入支撑杆上，通过销轴连接后，组合体即组合完成。
      4.2 组合体提升平衡技术
      当组合体组合完成后，由于支撑杆与单片桁架通过一个端部连接组成，在起吊过程中，支撑杆的自由端在未离地前，其支撑杆重量会直接导致组合体不平衡，为防止此现象发生而引起不必要的危险，为组合体提升平衡，在单片桁架受力端增加一台汽车吊，以保持整个组合体的平衡。
      4.3 组合体安装稳定技术
      当组合体安装至设计位置后，由于单片体系属于不稳定状态，为整个结构的临时稳定，同时方便焊接施工，组合体在悬挑端部设置揽风绳，减小端部的强烈晃动，并且在尾部加强对原主结构的临时固定，将尾部的左右和中间方向设置手拉葫芦，这样尾部的稳定则不会影响焊接质量。

[page]5. 吊装变形验算
      1.1  结构计算复核条件
      悬挑桁架吊装验算采用有限元软件SAP2000 12.01版本计算，结构吊装动力系数取1.2，选取⑧轴悬挑桁架进行计算复核，如图7~15。

图7  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:⑧轴吊装单元
 

图8  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:杆件截面

1.2  结构吊装变形验算

 

图9  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:12号节点竖向位移17.03mm

 
图10  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:5号节点竖向位移11.3mm

 
图11  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:28号节点竖向位移13.1mm
 

图12  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:23号节点竖向位移9.4mm
 

图13  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:27号节点竖向位移12.3mm
 

图14  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:8号节点竖向位移15.7mm

 
图15  唐山火车站大型悬挑结构安装技术:3号节点竖向位移10.97mm

结构吊装变形最大竖位移17.03mm，相对绕度最大3.7mm，吊装最大跨度15721mm，3.7/15721=1/4249满足结构吊装安全要求。

1.3  结构吊装应力验算如图16-17

图16  唐山火车站大型悬挑结构安装技术：杆件应力比云图