大跨度预应力钢筋混凝土桁架在铁路客站中的应用

2019-12-02周彦华

山西建筑 2019年21期

周彦华

(中国国家铁路集团有限公司工程管理中心，北京 100038)

0 引言

当前环境保护已成为全球化问题。在建筑结构中过度消耗钢材不仅带来生态环境的破坏，也严重影响社会、经济、环境效益。与钢结构相比，钢筋混凝土有以下优点：1)钢筋混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构;2)耐久性和耐火性较好，维护费用低;3)材料来源广泛，易于就地取材。经综合考虑在遵义站采用现浇钢筋混凝土预应力受力体系更加合理。

1 工程概况

遵义高铁站位于遵义市红花岗区颜村，站场设4台11线，站房及相关工程总建筑面积42 118 m2，其中站房11 992 m2，于2016年4月开工，2017年年底正式通车交付使用。站房长155.8 m，宽38.8 m，檐口高度18 m，建筑高度29.8 m。候车厅地上2层，两层设备及办公用房地上3层，局部地下1层，主体结构为钢筋混凝土结构。

2 现浇预应力钢筋混凝土桁架施工重、难点分析

遵义站屋面结构为三段式现浇钢筋混凝土预应力三角形桁架，共计12榀桁架，桁架最大跨度34.8 m，最大高度12.148 m。如此大跨度、大悬挑现浇预应力钢筋混凝土桁架结构在国内站房工程中尚属首次应用。桁架梁高度高(属于高支模)、单榀桁架自重大、投影面积小，最大一榀有400 t，而桁架的垂直投影面积只有19.08 m2，平均每平方米重量达20.96 t(见图1)。桁架梁柱、梁梁节点钢筋密集，钢筋直径大，钢筋之间及钢筋与波纹管之间极易产生碰撞。三角桁架预应力张拉顺序若不合理将对结构产生无法修复的损伤。桁架腹杆长细比大且为倾斜构件，浇筑混凝土时无法振捣。一般施工方法无法完成钢筋及预应力波纹管的布置，且容易造成混凝土浇筑不密实、结构变形、架体失稳等质量安全事故，难以将屋面桁架结构工程按期、优质、安全的完成施工。

3 主要施工工艺

3.1 模板工程

支撑体系采用承插型盘扣式和钢管支架的模板，站房局部复杂节点不符合盘扣架模数的部位采用扣件式钢管架辅助，增加斜拉钢管将模板支撑架分成具有稳定性的三角形(见图2)。模板、木枋在木工加工区加工，不宜在作业面上加工，以防模板内残留木屑。且钢筋较密，不易清理，影响混凝土质量。对于长度大于4 m的梁模板，按1/1 000～3/1 000起拱。模板支架立杆垂直度满足小于L/300，水平杆满足小于L/250。梁底立杆根数，严格按方案要求的搭设。由于桁架节点较多、施工缝较多造成模板拼缝较多，应严格校核模板位置，避免缝隙造成漏浆、流坠，污染混凝土面。从三角形桁架的下弦杆开始设置安全兜网。要求投影面全覆盖，阶梯形布置，阶梯高度1.5 m。模板安装完成后，对模板的顺直、垂直度进行较正。加固模板不能采用带塑料管的通丝螺杆。浇筑前对模板进行洒水湿润。

3.2 钢筋工程

由于空间要求、承载力、造型的原因，桁架设计有大直径钢筋如HRB36和预应力波纹管，且供排布的空间较小，无法顺利排布下所有的钢筋、波纹管。对于桁架结构中钢筋排布严格按BIM软件优化过，且通过设计验算确认的方案进行安装。因分段施工设置的施工缝，增加经设计核算的补强钢筋。利用BIM技术，采用Revit软件建立桁架节点三维模型，进行布筋碰撞检查和优化(见图3)。为解决三角桁架结构钢筋排布冲突等技术问题，在现场试做桁架节点样板，有效避免了预应力波纹管和钢筋“打架”现象，提高了施工质量和进度。

3.3 混凝土工程

混凝土采用C40自密实混凝土，以提高钢筋过密节点处的浇筑质量。浇筑时从上至下，对称浇筑，即斜屋盖两侧用两台泵车同时浇筑，让坡屋面两侧的斜梁的水平分力相互抵消。在桁架腹杆浇筑时，设置1道～2道施工缝，降低一次浇筑风险，且让先浇筑的混凝土上强度后，承受后浇筑混凝土的施工荷载。先浇筑危险性较低的低跨桁架，以承受部分高跨桁架的侧向水平施工荷载。在进行斜屋盖板浇筑的时候，采用到场为坍落度为120 mm～160 mm的混凝土。收面时阴、阳角拉线人工收面，保证混凝土表面平整，棱角分明。气温高时，表面覆盖薄膜洒水湿润养护。冬季施工时，盖草帘被养护。振捣时避开预应力波纹管，以防止波纹管位移，影响张拉效果。节点处由于钢筋过密，无法下振捣棒时，采用人工插捣、锤敲等方式振捣，避免出现露筋、蜂窝麻面的现象。因分段施工设置的施工缝，将浮浆全部剔除，露出坚硬石子，并将浮灰清除干净。

3.4 预应力工程

采用有限元分析软件ABAQUS分别对遵义东站站房的四榀桁架进行仿真模拟，采用混凝土实体单元进行单榀桁架建模计算。对预应力混凝土三角桁架进行内力分析，严控弦杆和腹杆合理张拉顺序，确保桁架不会开裂。因桁架预应力梁较多，为降低邻近预应力梁的相互影响，依托桁架受力且对称的特性，预应力张拉时采用对称张拉。搭设防护棚、覆盖彩条布，避免预应力波纹管、钢绞线淋雨、生锈，影响使用。预应力波纹管的安装位置在张拉后可能影响钢筋混凝土结构的外观和受力，所以预应力波纹管的坐标位置优先考虑。桁架杆件下铁、箍筋、上铁、腰筋安装完成后，拉筋待安装完预应力波纹管后再安装。