中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
唐山火車站站房懸挑結(jié)構(gòu)是目前我國鐵路項目設(shè)計的第一個大型懸挑結(jié)構(gòu)工程。通過介紹懸挑結(jié)構(gòu)的施工流程、技術(shù)準(zhǔn)備、具體實施和措施保障等，到最終順利完成大跨度懸挑結(jié)構(gòu)安裝的全過程，分析安裝施工過程中的重點和難點以及先進(jìn)技術(shù)和措施，及時總結(jié)得失，為以后類似的工程施工提供參考和借鑒。
[關(guān)鍵字]：大跨度 ；組合體；結(jié)構(gòu)平衡；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定
津秦客運(yùn)專線唐山火車站位于唐山市路南區(qū)賴旺莊村，地處112國道東側(cè)，北新西道東南側(cè)，交通十分便利。本場區(qū)屬扇間洼地型低平原，地勢平坦開闊，植被不甚發(fā)育，多辟為桃樹林。唐山新火車站的建筑外觀設(shè)計進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，特別是東、西兩側(cè)的大型懸挑門框更是氣勢恢弘，整個建筑采取了“旭日初升”的美好立意，唐山新站迎著東方初升的旭日，沐浴在和諧溫暖的晨光中，“旭日初升”契合了唐山站在城市空間發(fā)展中的重要地位，見圖1。寓意了唐山新世紀(jì)蓬勃發(fā)展、蒸蒸日上的朝氣，預(yù)示了唐山城市發(fā)展的美好未來。建成后的新火車站將成為城市主干道——新華西道西端的唐山城市名片。
圖1 唐山火車站大型懸挑門框效果圖
站房懸挑結(jié)構(gòu)位于站房高架層?xùn)|西兩端部位，懸挑結(jié)構(gòu)由單片次桁架組成，最大懸挑達(dá)28米，最小懸挑為2.3米；懸挑結(jié)構(gòu)之間由單片主桁架及區(qū)塊次結(jié)構(gòu)連接，單片主桁架長度為9~12米。具體結(jié)構(gòu)特點詳見下圖2-5所示：
圖2 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù) 懸挑單片次桁架及撐桿
圖3 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù) 單片主桁架
圖4 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù) 區(qū)塊次結(jié)構(gòu)
圖5 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù) H型鋼梁
1. 工程重難點
1.1場地條件限制
由于現(xiàn)場場地條件的限制，現(xiàn)場無法進(jìn)行支撐架的設(shè)置。同時大型吊機(jī)只能固定一處進(jìn)行安裝作業(yè)，為配合本方案進(jìn)行懸挑結(jié)構(gòu)的安裝，需要另外的大型汽車吊配合安裝，場地限制捉襟見肘。
1.2懸挑結(jié)構(gòu)安裝方法困難
由于懸挑結(jié)構(gòu)都為單片形式，且最大懸挑達(dá)到28米，如設(shè)置支撐架則由于場地限制無法形成，整個安裝過程只能靠結(jié)構(gòu)本身的支撐體系完成。
1.3 測量控制保證困難
由于懸挑桁架都為單片桁架，在高空安裝時，懸挑結(jié)構(gòu)的安裝標(biāo)高及懸挑端部的左右位移將很難得到有效控制
2. 懸挑結(jié)構(gòu)安裝思路及順序
根據(jù)懸挑結(jié)構(gòu)的安裝特點，結(jié)合現(xiàn)場實際情況。在進(jìn)行懸挑結(jié)構(gòu)安裝時，將組拼完成的單片懸挑次桁架與斜撐桿連接在一起（通過銷軸連接及手拉葫蘆），使用大型履帶吊將單片懸挑次桁架與斜撐桿的組合體同時起吊。當(dāng)該組合體吊至設(shè)計安裝位置后，先將斜撐桿與混凝土柱上的預(yù)埋件通過銷軸連接固定起來，再通過吊機(jī)下鉤的過程使組合體中單片次桁架上弦桿及下弦腹桿與原結(jié)構(gòu)桁架對接，同時懸挑單片次桁架懸挑端部通過攬風(fēng)繩調(diào)節(jié)側(cè)向位移，并起到臨時固定作用。最后，施工人員在次桁架上、下弦桿同時進(jìn)行焊接。在焊接作業(yè)完成后，履帶吊機(jī)才能松鉤。
由于H型鋼梁在懸挑結(jié)構(gòu)之間都有設(shè)置，且H型鋼梁是通過螺栓形式與次桁架上弦桿檁托連接，鋼梁安裝方便快捷。那么根據(jù)這一特點，在進(jìn)行懸挑次桁架的安裝時，除通過攬風(fēng)繩控制次桁架懸挑端部位移外，攔風(fēng)繩只能起到臨時連接的作用。所以，通過H型鋼梁將兩個相鄰的懸挑次桁架連接起來，形成一個剛性連接，這樣對懸挑結(jié)構(gòu)在安裝時的臨時穩(wěn)定性起到很大的作用。
在相鄰的懸挑次桁架安裝完成后，除H型鋼梁的安裝外，緊接著將單片主桁架和區(qū)塊次桁架通過汽車吊進(jìn)行安裝，這樣從結(jié)構(gòu)上形成了一個穩(wěn)定的區(qū)塊。
再根據(jù)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計形式看，懸挑結(jié)構(gòu)南北兩側(cè)懸挑長度為2m左右（1軸、16軸為三角懸挑次桁架，2軸、15軸為單片懸挑次桁架，這四個懸挑結(jié)構(gòu)無斜撐桿），所以整體安裝將從一側(cè)向另一側(cè)（即由北向南安裝或由南向北安裝）進(jìn)行。
按照上述這些安裝思路及順序，相鄰之間的懸挑次桁架、中間次結(jié)構(gòu)連續(xù)安裝，最后完成整個懸挑結(jié)構(gòu)的安裝。
按照圖紙要求和上述思路，鋼結(jié)構(gòu)站房安裝順序如下（以由北向南安裝順序為例）：
[page]16軸三角懸挑次桁架安裝（不含撐桿）
15軸單片懸挑次桁架安裝（不含撐桿）
15~16軸之間次結(jié)構(gòu)安裝（含H型鋼梁）
14軸單片懸挑次桁架安裝
14~15軸之間次結(jié)構(gòu)安裝（含H型鋼梁）
13軸單片懸挑次桁架安裝
13~14軸之間次結(jié)構(gòu)安裝（含H型鋼梁）
……2軸單片懸挑次桁架安裝（不含撐桿）
2~3軸之間次結(jié)構(gòu)安裝（含H型鋼梁）
1軸三角懸挑次桁架安裝（不含撐桿）
1~2軸之間次結(jié)構(gòu)安裝（含H型鋼梁）
施工順序如下圖6所示（以西側(cè)Ⅲ段懸挑結(jié)構(gòu)安裝順序為例）：
圖6 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):懸挑結(jié)構(gòu)
3. 懸挑結(jié)構(gòu)安裝流程
由于懸挑單片次桁架與斜撐桿將組成一個組合體同時起吊，所以在地面起吊時，將斜撐桿與桁架連接過程至關(guān)重要，詳見下列步驟圖：
第一步：事先設(shè)置馬蹬（其高度根據(jù)實際情況確定），將斜撐桿一端通過汽車吊吊至馬蹬之上，并保持斜撐桿耳板開口朝上。
第二步：將懸挑單片次桁架吊至撐桿上方。
第三步：將懸挑單片次桁架垂直下落，使桁架耳板插入斜撐桿耳板之內(nèi)。
第四步：當(dāng)耳板對接好后，保持銷軸孔對齊，然后將銷軸穿入其中。
第五步：斜撐桿的尾部與桁架尾部，通過鋼絲繩套和10噸的手拉葫蘆綁牢。等待組合體起吊后，尾部鋼絲繩慢慢放長，大致達(dá)到設(shè)計角度要求（鋼絲繩長度根據(jù)角度要求設(shè)置，約比設(shè)計要求長50cm左右）
第六步：組合體起吊過程中，由于起初時，撐桿重量集中于懸挑單片桁架懸挑端部，尾部仍在地面擱置，為防止組合體重量不均勻而引起不水平或傾覆發(fā)生，使用25噸汽車吊在懸挑端部配合起吊。
第七步：待斜撐桿頭尾都與桁架連接后，慢慢起吊次桁架，斜撐桿銷軸端部將和桁架同時吊起，而尾部則隨著手拉葫蘆固定的長度慢慢放長，最后組合體形成。同時，斜撐桿的安裝角度大致形成。
4. 現(xiàn)場安裝關(guān)鍵技術(shù)
4.1組合體組合技術(shù)
從上面的操作步驟及安裝方法來看，單片懸挑桁架與支撐桿將先組合成一個組合體后進(jìn)行安裝作業(yè)，又由于支撐桿最大單重近達(dá)10噸左右，僅靠一個銷軸將單片桁架與支撐桿結(jié)合在一起，同時撐桿的大角度安裝狀態(tài)也是本次安裝的一個重難點之一。
為解決上述問題，事先將撐桿通過馬?將支撐桿的一端墊起，墊起高度由支撐桿與單片桁架之間夾角決定。穩(wěn)定住支撐桿后，再將單片桁架下的耳板慢慢插入支撐桿上，通過銷軸連接后，組合體即組合完成。
4.2 組合體提升平衡技術(shù)
當(dāng)組合體組合完成后，由于支撐桿與單片桁架通過一個端部連接組成，在起吊過程中，支撐桿的自由端在未離地前，其支撐桿重量會直接導(dǎo)致組合體不平衡，為防止此現(xiàn)象發(fā)生而引起不必要的危險，為組合體提升平衡，在單片桁架受力端增加一臺汽車吊，以保持整個組合體的平衡。
4.3 組合體安裝穩(wěn)定技術(shù)
當(dāng)組合體安裝至設(shè)計位置后，由于單片體系屬于不穩(wěn)定狀態(tài)，為整個結(jié)構(gòu)的臨時穩(wěn)定，同時方便焊接施工，組合體在懸挑端部設(shè)置攬風(fēng)繩，減小端部的強(qiáng)烈晃動，并且在尾部加強(qiáng)對原主結(jié)構(gòu)的臨時固定，將尾部的左右和中間方向設(shè)置手拉葫蘆，這樣尾部的穩(wěn)定則不會影響焊接質(zhì)量。
[page]5. 吊裝變形驗算
1.1 結(jié)構(gòu)計算復(fù)核條件
懸挑桁架吊裝驗算采用有限元軟件SAP2000 12.01版本計算，結(jié)構(gòu)吊裝動力系數(shù)取1.2，選?、噍S懸挑桁架進(jìn)行計算復(fù)核，如圖7~15。
圖7 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):⑧軸吊裝單元
圖8 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):桿件截面
1.2 結(jié)構(gòu)吊裝變形驗算
圖9 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):12號節(jié)點豎向位移17.03mm
圖10 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):5號節(jié)點豎向位移11.3mm
圖11 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):28號節(jié)點豎向位移13.1mm
圖12 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):23號節(jié)點豎向位移9.4mm
圖13 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):27號節(jié)點豎向位移12.3mm
圖14 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):8號節(jié)點豎向位移15.7mm
圖15 唐山火車站大型懸挑結(jié)構(gòu)安裝技術(shù):3號節(jié)點豎向位移10.97mm
結(jié)構(gòu)吊裝變形最大豎位移17.03mm，相對繞度最大3.7mm，吊裝最大跨度15721mm，3.7/15721=1/4249滿足結(jié)構(gòu)吊裝安全要求。
1.3 結(jié)構(gòu)吊裝應(yīng)力驗算如圖16-17
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