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武漢火車站:大跨度異形空間曲面鋼桁架安裝工藝

作者:蔣官業(yè) 王朝陽 賀振科 袁海軍 熊鳳霞    
時間:2012-11-19 09:56:20 [收藏]
武漢火車站鋼結(jié)構(gòu)包括中央站房結(jié)構(gòu)、樓面結(jié)構(gòu)、雨棚結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)。中央站房部分為武漢站施工最為復(fù)雜的區(qū)域,在有限的空間與時間的前提下,采用了桁架散件與片狀結(jié)合安裝技術(shù),實現(xiàn)了中央站房的高質(zhì)與快速施工
    關(guān)鍵詞:武漢火車站 大跨度異形空間曲面鋼桁架安裝

    [摘 要]: 武漢火車站鋼結(jié)構(gòu)包括中央站房結(jié)構(gòu)、樓面結(jié)構(gòu)、雨棚結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)。中央站房部分為武漢站施工最為復(fù)雜的區(qū)域,在有限的空間與時間的前提下,采用了桁架散件與片狀結(jié)合安裝技術(shù),實現(xiàn)了中央站房的高質(zhì)與快速施工。
          [關(guān)鍵詞]:大型滑移胎架     吊裝單元劃分

    1  工程概況

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    圖1 武漢站三維示意圖
     

    中央站房由五個主拱作為支撐,截面為橢圓變截面鋼管,單拱最大跨度116m,最大拱頂中心標(biāo)高為58.157m,拱上有樹枝狀V型錐管支撐,用于支撐縱橫管桁架形成的屋蓋結(jié)構(gòu),見圖1。屋蓋投影面積為307.813m×184.00m,縱橫桁架將屋蓋結(jié)構(gòu)劃分為58×33個單元網(wǎng)格,橫軌桁架為空間雙曲雙拱結(jié)構(gòu),順軌桁架為平面桁架,橫軌桁架為屋蓋結(jié)構(gòu)的主受力構(gòu)件。

    2  總體方案選擇

    武漢站建筑造型、結(jié)構(gòu)形式以及現(xiàn)場施工環(huán)境,采用“大型滑移胎架”進行施工,即在結(jié)構(gòu)原位下方分區(qū)搭設(shè)大型滑移胎架支撐體系,結(jié)構(gòu)部件吊至高空組對安裝,結(jié)構(gòu)單元片區(qū)形成整體穩(wěn)定后,胎架滑移至下一區(qū)間施工。
          本項目在施前還針對大跨度鋼結(jié)構(gòu)其它常見施工方案進行了思考,但都局限于武漢站的特點而不適合。
          A、原位胎架施工法
          針對一些工期相對輕松的工程,原位胎架(原位滿堂腳手架或胎架)具有施工安全、方便定位等優(yōu)點,但本工程施工工期十分緊張,原位設(shè)置腳手架,其安拆時間過長,將極大的影響后續(xù)土建施工。
          B、提升施工法
          對于規(guī)整的單層、支撐簡潔的多層平面結(jié)構(gòu),比較適合采用提升法施工。
    就本工程而言,結(jié)構(gòu)剛度相對較弱,提升點的布設(shè)困難;支撐體系復(fù)雜,高空對接就位質(zhì)量難以保證;提升施工不可預(yù)見風(fēng)險較大,結(jié)構(gòu)體系見圖2。
     

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    圖2 鋼結(jié)構(gòu)與橋梁關(guān)系

    3  吊裝單元的劃分與選擇

    選定了胎架滑移施工整體安裝方案,吊裝單元的劃分與選擇方式又將成為研究的重點,其對施工質(zhì)量與進度影響重大,針對橋建合一武漢站的特點,共有三種單元劃分形式:1、散件(相貫桿件)高空拼裝;2、大單元地面拼裝整體吊裝;3、散件與片狀結(jié)合施工。

    3.1 散件(相貫桿件)高空拼裝
          主要施工方法:桁架所有桿件在工廠下料,高空直接組對相貫口及所有節(jié)點板,見圖3。
          方案優(yōu)點:A、相對減少工廠及地面拼裝工作量,降低了構(gòu)件運輸要求;B、桿件直接焊接,相對減少了現(xiàn)場對接接頭。
          方案缺點:A、單節(jié)點相貫桿件數(shù)量較多且重疊相貫,另有多板穿插其中,組對、施焊時須先后進行,部分焊縫在高空無法施工焊,質(zhì)量難以保證;B、現(xiàn)場施工工作量增大(112300個相貫口、11500塊穿心節(jié)點板、9870個非穿心節(jié)點板、34300塊加勁板),工期難以保證;C、現(xiàn)場安裝測量定位困難,施工質(zhì)量難以保證,不可控因素多;D、節(jié)點焊接量大且集中,焊接變形大,容易形成較大的焊接殘余應(yīng)力,對結(jié)構(gòu)整體受力不利。
     

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    圖3 多管相貫節(jié)點示意圖

    3.2  大單元地面拼裝整體吊裝
          主要施工方法:將2-3榀桁架在拼裝場地進行整體拼裝后,采用大噸位吊裝設(shè)備吊裝就位。
          方案優(yōu)點:A、結(jié)構(gòu)整體性相對較好;B、減少高空焊接工作量;
          方案缺點:A、現(xiàn)場施工場地狹小,無法提供拼裝作業(yè)面,只能進行場外拼裝,但限于道路及橋梁施工影響很難運輸;B、兩片結(jié)構(gòu)體積通常達(dá)18.75m*8m*7.5m,單塊整體剛度較差,吊裝運輸時容易造成結(jié)構(gòu)永久性損壞;詳見圖4。

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    圖4大單元吊裝示意圖


          3.3  散件與片狀結(jié)合施工
          主要施工方法:根據(jù)現(xiàn)場運輸?shù)缆芳八跗鹬啬芰㈣旒芊殖刹考ǜ叨却蟮姆稚舷孪壹案箺U,其它的整片分段)高空進行吊裝。
          方案優(yōu)點:A、不受拼裝進度的影響,可多點位展開施工;B、合適的構(gòu)件大?。?gòu)件體積18m*3m*2m),能充分高效的發(fā)揮常用運輸和吊裝機械的能力;C、將整個工程的工作量合理的分配給加工廠和現(xiàn)場安裝,更充分的發(fā)揮了各自的優(yōu)勢;D、將復(fù)雜節(jié)點(多管相貫和多板貫穿桿件以及加勁板的焊接)的焊接放在了加工條件更好的工廠施工,更好的保證了工程質(zhì)量;
          方案缺點: A、相對增加了現(xiàn)場對接接頭;B、變形需嚴(yán)加控制。
    綜上,三種吊裝單元的劃分均有其優(yōu)勢及缺點,根據(jù)武漢站鋼結(jié)構(gòu)的特點,選擇 “散件與片狀結(jié)合施工”。

    4  具體的分段原則

    4.1  桁架分段示意圖詳見圖5

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    圖5 桁架分段示意圖一

    4.2  桁架分段拼裝示意圖詳見圖6

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    圖6 桁架分段示意圖二(工廠加工)

    4.23 桁架節(jié)點示意圖詳見圖7

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    圖7 節(jié)點示意圖

    5  結(jié)論

    通過采用片狀與散狀結(jié)合安裝技術(shù),實現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)桁架的快速定位,高質(zhì)焊接,大大促進行了現(xiàn)場的工期與質(zhì)量,為后續(xù)專業(yè)盡快插入施工提供了條件,同時此技術(shù)為此后大跨度空間桁架結(jié)構(gòu)的安裝提供了參考,拓寬了思路。

    參考文獻
          【1】《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50205-2001
          【2】《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002
          【3】嚴(yán)慧 我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用發(fā)展的主要特點 2002(04) 
          【4】鮑廣? 鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及實例 2005 
          【5】董石麟;羅堯治;趙陽 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的工程實踐與學(xué)科發(fā)展 2005

    作者簡介:蔣官業(yè),中建鋼構(gòu)有限公司武漢分公司總工程師。
          聯(lián)系地址:武漢市武珞路456號新時代商務(wù)中心40層,430070。
     

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