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北京南站站臺(tái)雨棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝方案介紹

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文對(duì)北京南站站臺(tái)雨棚結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了簡單介紹及分析，介紹了站臺(tái) 雨棚結(jié)構(gòu)的安裝方案及質(zhì)量保證措施。
    關(guān)鍵詞：雨棚結(jié)構(gòu) 安裝方案

    一．工程概況
    北京南站位于北京市南二環(huán)開陽橋南約1公里處的東莊公園內(nèi)。是正在建設(shè)中的京津城際列車和規(guī)劃中的京滬高鐵的起點(diǎn)。
    北京南站主體結(jié)構(gòu)由中央站房，站臺(tái)雨棚及地下?lián)Q乘大廳三部分組成，如圖1所示。總建筑面積24萬m2，總用鋼量約5萬噸。正在建設(shè)中的地鐵4號(hào)線和14號(hào)線在此匯交，實(shí)現(xiàn)了地鐵和國鐵的“零換乘”理念。整個(gè)項(xiàng)目由鐵道第三勘查設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，中鐵建工集團(tuán)有限公司總承包，鋼結(jié)構(gòu)加工、制作及安裝由江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司承擔(dān)完成。


    二．雨棚結(jié)構(gòu)分析
    北京南站雨棚結(jié)構(gòu)整體透視圖如圖2所示。主要包括塔架柱、柱頂縱向弧形梁及支撐、懸垂梁、懸垂梁間次梁和雨棚外側(cè)三角形懸挑屋檐桁架五部分。

    1．塔架柱及懸垂梁
    塔架柱及懸垂梁組成北京南站雨棚結(jié)構(gòu)的主要承重體系?；窘Y(jié)構(gòu)單元如圖3所示。懸垂梁承受豎向荷載，并將豎向荷載傳遞給塔架柱。在南站雨棚結(jié)構(gòu)體系中，懸垂梁的受力機(jī)理與常規(guī)的鋼梁不同。在某種意義上，懸垂梁是抗彎剛度較大的勁性索。在恒載和活載作用下，懸垂梁內(nèi)力大部分為沿其軸線方向的拉力。在風(fēng)吸力等向上荷載作用下，懸垂梁的受力機(jī)理類似于倒放的拱結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力大部分為沿軸線方向的壓力。
    基于以上受力機(jī)理，北京南站屋面結(jié)構(gòu)體系是一種效率極高的大跨度結(jié)構(gòu)體系。屋面結(jié)構(gòu)輕巧、時(shí)尚，可以很輕松的跨越較大的跨度。但懸垂梁結(jié)構(gòu)也會(huì)給柱子作用較大的水平拉力，造成柱底彎矩較大。為克服柱底較大的彎矩，將雨棚結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)為A字型的格構(gòu)柱，將柱子底部截面展開，可以有效提高其整體抗彎能力，提高結(jié)構(gòu)的效率。A形塔架柱如圖4所示。
    懸垂梁主要截面形式為H型鋼，跨度從10m到64m不等，規(guī)格為H600×350×10×20和H450×200×8×12。懸垂梁與塔架柱連接采用鉸接連接，連接節(jié)點(diǎn)形式如圖5所示。

    2．柱頂縱向弧形梁及支撐
    柱頂縱向弧形梁結(jié)構(gòu)透視圖如圖6所示。環(huán)梁分為外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)。環(huán)梁由圓鋼管和支撐組成，圓鋼管規(guī)格為 600×22，所有環(huán)梁與塔架柱頂部剛接。既減小了環(huán)梁跨度又增加整個(gè)雨棚結(jié)構(gòu)的縱向剛度，從塔架柱側(cè)面伸出三角形支撐與縱向環(huán)梁相連。塔架柱頂縱梁和三角形支撐共同為整個(gè)雨棚結(jié)構(gòu)提供縱向抗側(cè)剛度。

    3．三角形外邊桁架

    三角形外邊桁架為雨棚挑檐的支撐結(jié)構(gòu)。三角形支撐，檐口鋼管和柱頂環(huán)向縱梁形成了三角形桁架結(jié)構(gòu)，整體受力，增加了最外側(cè)弧形柱網(wǎng)的抗側(cè)剛度。如圖7所示。

    三．安裝方案簡介
    1．安裝總體思路及施工總平面布置
    雨棚結(jié)構(gòu)安裝主要采用高空散裝法進(jìn)行，施工總體流程圖如圖7所示。首先在雨棚結(jié)構(gòu)安裝范圍內(nèi)搭設(shè)安裝臨時(shí)支撐托架，然后吊裝A字型塔架柱。一個(gè)弧線上兩榀A字型塔架柱安裝完成后隨即安裝柱頂環(huán)梁，使兩榀柱子之間互相連接形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。柱頂環(huán)梁安裝完成后即安裝最外側(cè)圓弧三角形邊桁架。
    A形塔架柱相互連接在側(cè)向形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后開始安裝塔架柱之間的懸垂梁，繼而安裝懸垂梁之間的交叉支撐，一個(gè)安裝單元結(jié)束。吊車移動(dòng)到下一個(gè)軸線，開始下一個(gè)安裝單元的安裝。

    雨棚結(jié)構(gòu)安裝施工總平面布置圖如圖8所示。雨棚結(jié)構(gòu)共分為六個(gè)吊裝區(qū)域，分別為I-1區(qū)，I-2區(qū)，I-3區(qū)，II-1區(qū)，II-2區(qū)和II-3區(qū)。
    2．塔架柱吊裝
    塔架柱安裝主要有兩種情況。（1）當(dāng)?shù)踯囌疚痪嚯x胎架柱安裝位置較近，吊車的起吊能力滿足塔架柱整體就位要求時(shí)，塔架柱將采取地面整體拼裝，整體吊裝就位的安裝方法。如圖9所示。（2）當(dāng)?shù)踯囌疚痪嚯x塔架柱安裝位置較遠(yuǎn)，吊車其中能力不足時(shí)，胎架柱將分兩端吊裝就位如圖10所示。

    3．懸垂梁吊裝
    懸垂梁為雨棚結(jié)構(gòu)的主要豎向受力構(gòu)件，單根主梁長度變化范圍為10m～64m不等。如果采用整體吊裝的辦法，其在起吊過程中的整體穩(wěn)定性將是比較突出的問題，極有可能發(fā)生較大的變形而破壞，如果現(xiàn)場(chǎng)無法校正將導(dǎo)致構(gòu)件報(bào)廢。因此將每根主梁根據(jù)其跨度及加工分段現(xiàn)場(chǎng)組裝成2～4段分段進(jìn)行吊裝，如圖11所示。
    一個(gè)懸垂梁結(jié)構(gòu)單元的安裝過程如圖12所示。步驟一：安裝臨時(shí)支撐托架；步驟二：分段吊裝一榀懸垂梁。步驟三：三榀懸垂梁同時(shí)分段吊裝就位；步驟四：安裝懸垂梁之間的交叉支撐。



    四．軌道層加固方案簡介
    由于雨棚結(jié)構(gòu)安裝過程中大噸位吊車直接在軌道層混凝土結(jié)構(gòu)上運(yùn)行，原混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載與鋼結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)的施工荷載不同。鋼結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)由于吊車底部履帶對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的壓力為不均勻分布，極限情況下有可能對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)形成較大的局部壓力。因此必須對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以確保安裝過程中混凝土結(jié)構(gòu)的安全。
    加固的原則是最終達(dá)到不通過樓板本身的抗彎能力來承受上部施工荷載，而是直接或間接通過砼結(jié)構(gòu)主梁將施工荷載垂直地傳至原砼柱和樓板下部支撐，繼而最終傳至基礎(chǔ)底板。
    加固手段主要是在吊車通過路線上通過在砼梁下設(shè)置加固支撐減小其彎矩和剪力，以保證設(shè)計(jì)配筋能夠滿足施工荷載的要求。
    I、III區(qū)雨棚結(jié)構(gòu)吊車行走路線如圖13所示。加固點(diǎn)布置圖如圖14所示。I、III區(qū)主要采用在混凝土梁下設(shè)置獨(dú)立加固鋼柱的方法進(jìn)行加固，由于I、III區(qū)下局部有停車庫，因此加固鋼柱的設(shè)置在有夾層和無夾層處又有所區(qū)別，如圖15所示。


    五．施工質(zhì)量保證措施
    施工過程中必須制定合理的安裝定位措施及現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝，否則將很難保證構(gòu)件安裝的精度及現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量，給整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全留下隱患。為保證北京南站施工過程中構(gòu)件定位的準(zhǔn)確，整個(gè)施工過程中遵循了以下原則：
    （1）嚴(yán)格控制支撐托架的標(biāo)高及平面位置，確保構(gòu)件安裝定位的準(zhǔn)確。
    （2）支撐托架盡量布置在密實(shí)的混凝土基礎(chǔ)上，并采取必要的加固措施。
    （3）當(dāng)支撐托架不得不布置于自然地坪處時(shí)，必須先將地面壓實(shí)平整，之后在需設(shè)置臨時(shí)支撐的位置鋪設(shè)路基箱。
    （4）嚴(yán)格控制支撐托架的沉降，安裝過程必須在支撐托架頂部設(shè)置標(biāo)高調(diào)節(jié)裝置，保證構(gòu)件安裝時(shí)定位準(zhǔn)確。
    （5）構(gòu)建合理的測(cè)量系統(tǒng)。
    根據(jù)各類構(gòu)件吊裝前后順序及構(gòu)件在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中的位置采取合理的焊接順序。
    一個(gè)安裝單元內(nèi)的同一類型構(gòu)件吊裝就位并完成位置的校正調(diào)整和臨時(shí)固定后應(yīng)該立即開始焊接；
    合理的焊接順序應(yīng)該為從中間構(gòu)件開始逐步向四周擴(kuò)展，同時(shí)保證先焊接收縮量大的構(gòu)件、再焊接收縮量較小的構(gòu)件；
    同一根構(gòu)件（主要是鋼梁）采取先焊好一端后再焊接另一端的原則進(jìn)行。不同的截面形式的構(gòu)件根據(jù)具體的焊接工藝采取相應(yīng)的焊接順序。
    根據(jù)構(gòu)件焊接變形的特點(diǎn)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)拼裝節(jié)點(diǎn)，在拼裝節(jié)點(diǎn)處應(yīng)該有合理的限制焊接變形及精確的定位構(gòu)造。

    懸垂梁安裝后為控制其焊接變形，應(yīng)在每個(gè)梁單元中的次梁安裝定位并臨時(shí)固定后再進(jìn)行主梁的焊接，同時(shí)在主梁安裝臨時(shí)支撐托架上應(yīng)設(shè)置控制主梁位移的卡板，如圖16所示。
    Ａ字型塔架柱柱腳連接板為80mm鋼板，單邊坡口焊接，為控制其焊接變形采取分層多道對(duì)稱焊的焊接方式同時(shí)在柱腳連接板的外圍加設(shè)限位卡板，如圖17所示。


    六．結(jié)論
    （1）北京南站雨棚鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式新穎，結(jié)構(gòu)體系輕巧、傳力路徑清晰。其結(jié)構(gòu)體系中的懸垂梁，將“索”、和“拱”的受力機(jī)理巧妙的結(jié)合起來，為國內(nèi)首創(chuàng)，具有很高的結(jié)構(gòu)承載效率。
    （2）雨棚結(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)體系輕巧，包含了很多柔性構(gòu)件，給結(jié)構(gòu)的安裝造成了一定困難。因此在安裝過程中必須采取合理的分段，保證構(gòu)件在吊裝過程中的強(qiáng)度及穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)要求，避免構(gòu)件破壞。
    （3）柔性結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中極易發(fā)生變形，因此必須采取必要措施，保證構(gòu)件的定位準(zhǔn)確。在構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)焊接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該采取必要的限位措施，保證節(jié)點(diǎn)焊接過程中不至于發(fā)生過大的焊接變形。
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