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大連火車站鋼結(jié)構(gòu)施工安裝技術(shù)

作者:章偉松 彭立彬 閆海飛    
時(shí)間:2012-09-03 15:21:23 [收藏]
目前中國鐵路、火車站建設(shè)如火如荼,一大批技術(shù)先進(jìn)、跨度大、規(guī)模宏偉的火車站正在建設(shè)或規(guī)劃當(dāng)中,本文根據(jù)大連火車站鋼結(jié)構(gòu)施工安裝過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),論述鋼結(jié)構(gòu)施工安裝過程中涉及吊裝、技術(shù)措施、深化設(shè)計(jì)等方面的幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)
    關(guān)鍵詞:

    工程概況
       大連火車站工程主要包括出站層、基本站臺(tái)層、高架候車層、型鋼桁架商業(yè)夾層和管桁架屋頂層,如圖1~2。

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    鋼結(jié)構(gòu)工程主要包括鋼柱、型鋼桁架商業(yè)夾層、管桁架屋面以及附屬結(jié)構(gòu);其中屋面管桁架結(jié)構(gòu)體系由中間9榀張弦主桁架、南北端兩立面幕墻桁架以及主桁架之間的托架、檁桁架、次桁架、邊桁架、支撐、隅撐等結(jié)構(gòu)組成。
     主桁架為張拉弦正立三角桁架,主跨跨度達(dá)72米,如圖3。

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    大型立面懸挑桁架拼裝起拱
    本工程南北幕墻桁架為倒立三角桁架,如圖4。豎向平面通過高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)與框架柱連接,由于幕墻桁架體量較大,自重大,其上所承受的大理石材幕墻荷載大,且幕墻桁架懸挑跨度達(dá)到6米,幕墻桁架安裝完成后將在上述因素共同作用產(chǎn)生過大的下?lián)?,尤其在中部跨度大的部位,所以幕墻桁架在安裝過程中必須預(yù)起拱。
    本工程幕墻桁架安裝方法為現(xiàn)場拼裝、分段吊裝,由于幕墻桁架是通過高強(qiáng)螺栓與框架柱連接,高強(qiáng)螺栓安裝要求精度高,當(dāng)采用吊裝起拱時(shí)將出現(xiàn)高強(qiáng)螺栓無法安裝的情況,所以本工程幕墻桁架安裝采取拼裝起拱的方式,即在拼裝時(shí)將上弦平面中間弦桿標(biāo)高提高20mm,上弦平面最外面弦桿標(biāo)高提高40mm,這樣上弦平面和豎向平面的夾角將稍微大于
    90度。 
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    為滿足張弦桁架張拉施工,鋼結(jié)構(gòu)施工過程中所必須采取的技術(shù)措施
    本工程主桁架為張拉弦桁架,主桁架與框架柱連接的中間兩支座為固定鉸支座,外側(cè)四個(gè)支座為固定支座;但是在張拉施工過程中,為了減小摩擦力以有利于預(yù)應(yīng)力的施加,同時(shí)為了減小張拉過程中主桁架對框架柱所產(chǎn)生的水平向推力,設(shè)計(jì)要求在主桁架張拉過程中,主桁架必須處于滑動(dòng)狀態(tài),待主桁架張拉施工完畢后,再將各支座固定到設(shè)計(jì)狀態(tài),因此為滿足設(shè)計(jì)要求,主桁架在安裝過程中必須采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。
    綜合考慮各方面影響因素,確保既能滿足設(shè)計(jì)要求,又施工方便,決定采用在鋼柱上加臨時(shí)支托的方式確保主桁架在張拉過程中可以滑動(dòng),臨時(shí)支托和鋼柱同時(shí)深化、同時(shí)加工,這樣就最大限度的減小了現(xiàn)場工作量,同時(shí)工廠加工精度高,能較好地滿足設(shè)計(jì)要求。
    柱頂臨時(shí)支托構(gòu)造示意圖如圖5~6所示,臨時(shí)支托上部做成凹槽狀,弧度與主桁架弦桿弧度吻合,凹槽板上附4mm厚聚四氟乙烯板以利于滑動(dòng),主桁架下部四根撐管通過穿心板與鋼柱連接,張拉施工過程中暫不與主桁架相連,張拉結(jié)束后與主桁架焊接。
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    溫度合攏縫技術(shù)處理措施
    本鋼結(jié)構(gòu)工程由于結(jié)構(gòu)超長(總長243.8米)且沒有設(shè)置伸縮縫,為了盡量減小溫度對結(jié)構(gòu)的不利影響,鋼結(jié)構(gòu)施工過程中在中部設(shè)置了兩道溫度合攏縫,合攏縫必須等到溫度處于15±5℃時(shí)才能進(jìn)行合攏施工,所以在合攏縫合攏之前跨越合攏縫處的鋼結(jié)構(gòu)必須處于自由伸縮狀態(tài),否則將會(huì)產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力。
    本工程跨越合攏縫的鋼結(jié)構(gòu)主要有商業(yè)夾層鋼桁架、鋼次梁、屋面管桁架、檁條等結(jié)構(gòu),必須針對不同結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)采取相應(yīng)的構(gòu)造處理措施。
    對于商業(yè)夾層鋼桁架,考慮到桁架受力很大,為安全起見,考慮在合攏縫節(jié)點(diǎn)處加臨時(shí)支撐的方式,保證桁架在合攏之前可以自由伸縮;同時(shí)考慮到桁架合攏縫處支撐形式由固定支座改為鉸接支座,跨中彎矩變大可能對結(jié)構(gòu)受力、變形等產(chǎn)生不利影響,須在合攏縫桁架跨中及鄰跨跨中設(shè)置臨時(shí)支撐,合攏完成后拆除臨時(shí)支撐,夾層鋼桁架合攏縫處理措施如圖7示。

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    對于跨越合攏縫的鋼次梁,將次梁靠合攏縫一端高強(qiáng)螺栓孔加工成長圓孔的形式,鋼次梁合攏縫處理措施如圖8示。


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    對于跨越合攏縫的管桁架結(jié)構(gòu),采取在合攏縫處加設(shè)鋼套管的方式,合攏之前管桁架可以再套管內(nèi)自由伸縮滑動(dòng),合攏后將鋼套管與桁架弦桿焊接,管桁架合攏縫處理示意圖如圖9所示。

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    對于跨越合攏縫處的檁條,采取在檁條外面三面加蓋板的方式進(jìn)行處理,合攏前檁條可以在蓋板內(nèi)自由滑動(dòng),合攏后將檁條和蓋板焊接。

     
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    汽車吊上混凝土樓面輔助履帶吊進(jìn)行雙機(jī)抬吊吊裝技術(shù)
    本工程既有鐵路運(yùn)行線將鋼結(jié)構(gòu)工程分為轉(zhuǎn)線前、轉(zhuǎn)線后兩個(gè)施工階段,轉(zhuǎn)線前施工階段工作面跨越8條軸線,主要吊裝機(jī)械有500噸履帶吊、150噸履帶吊、以及汽車吊等;而轉(zhuǎn)線后工作面僅有3條軸線,且北鄰既有鐵路運(yùn)行線,南鄰地鐵站施工區(qū)域,場地十分狹小,無法實(shí)現(xiàn)大小履帶吊經(jīng)濟(jì)配置,只能選擇一臺(tái)大型吊裝機(jī)械,同時(shí)考慮到制約大型履帶吊選擇的主要因素是主桁架跨中四個(gè)吊裝單元,若選擇500噸履帶吊將造成較大浪費(fèi)、不經(jīng)濟(jì),綜合考慮各方面影響因素,決定采用300噸履帶吊為主要吊裝機(jī)械,50噸汽車吊上高架混凝土樓面輔助300噸履帶吊進(jìn)行主桁架主跨吊裝單元的吊裝,同時(shí)50噸汽車吊還可以單獨(dú)進(jìn)行其余小構(gòu)件、小桁架吊裝,這樣可以充分發(fā)揮300噸履帶吊以及50噸汽車吊的最大經(jīng)濟(jì)效益。
    吊裝方案確定后,為確保施工安全以及混凝土結(jié)構(gòu)安全,必須編制詳細(xì)的施工方案、制定細(xì)致的工作流程以及安全保證措施。
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    下面就以混凝土主梁驗(yàn)算為例,重點(diǎn)闡述混凝土梁驗(yàn)算方法及驗(yàn)算過程。
    混凝土主梁截面尺寸b×h=1000mm×2600mm,配筋為梁上部縱筋12Φ32,下部縱筋26Φ32,箍筋為Φ12@100/150(6),混凝土強(qiáng)度等級(jí)按C35計(jì)(主梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50,驗(yàn)算時(shí)按達(dá)到其強(qiáng)度等級(jí)的70%計(jì))。
    計(jì)算簡圖13如下所示:
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    1)荷載取值(恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2,活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4)
    樓板直接傳給主梁的三角形荷載最大值為
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    次梁傳給主梁的集中荷載為381KN(驗(yàn)算次梁時(shí)得出)
    吊車站位位置次梁傳遞給主梁的集中荷載為446.9KN(根據(jù)吊機(jī)站位、吊裝情況,由力矩平衡原理得出)
    50噸汽車吊上高架進(jìn)行屋蓋桁架吊裝時(shí),高架下部支撐架尚未拆除,基于結(jié)構(gòu)受力偏安全考慮,在進(jìn)行混凝土梁驗(yàn)算時(shí),僅考慮支撐架承擔(dān)混凝土梁自重荷載。
    50噸汽車吊支腿對主梁的集中力為1.4×95kN=133kN(汽車吊前支腿為主要受力支腿,支撐于主梁上,傳給主梁的荷載由力矩平衡原理得出),主桁架下部支撐架傳給主梁的荷載為266.7KN(考慮吊裝時(shí)最不利荷載情況),根據(jù)上述計(jì)算簡圖可計(jì)算出:
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    梁撓度的0.735倍,故汽車吊上高架進(jìn)行桁架吊裝時(shí)混凝土梁的撓度滿足要求。
    混凝土梁最大裂縫計(jì)算公式為:
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    混凝土主梁正常使用時(shí)的0.61倍,裂縫滿足要求
    6        帶銷軸的斜腹桿深化、安裝建議
    本工程南北立面幕墻桁架含有大量帶銷軸的斜腹桿,這種腹桿一端通過銷軸與鋼柱連接,另一端通過相貫焊縫與幕墻桁架連接,由于相貫端距離節(jié)點(diǎn)過近,使得銷軸無法安裝,建議在這種桿件深化、加工時(shí),只焊接一塊銷軸耳板,待桿件安裝完成后再安裝另外一塊耳板,后安裝的耳板通過一級(jí)熔透焊縫與腹桿端板焊接。
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    結(jié)束語:
        隨著鋼結(jié)構(gòu)在中國的不斷推廣與深入發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于新穎、獨(dú)特,施工技術(shù)日新月異,本文所提供的幾個(gè)方面的施工技術(shù)問題的討論,可以為同類工程提供參考。
    參考文獻(xiàn):
    [1]浙江大學(xué) 建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊   中國建筑工業(yè)出版社出版 2009
    [2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 中國建筑工業(yè)出版社出版(第三版) 2005
    【作者簡介】:章偉松,浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司副總經(jīng)理,高級(jí)工程師,浙江紹興柯橋鑒湖路1587號(hào) 312030 電話:13588576588,E-mail:zhangws@jgsteel.cn
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