昌平站站房钢结构屋盖累计滑移技术

蓝燕强

【摘要】京张高铁昌平站站房屋盖为钢桁架结构，采用累计滑移施工技术，一方面解决了场地狭小、环境复杂情况下钢结构桁架拼装的难题;另一方面避免了高空散拼工法需搭设满堂红脚手架，施工周期长、施工投入大带来的弊端。钢结构屋盖累计滑移施工中，通过对整体方案策划和拼装平台、轨道布置、拼装工艺、同步顶推、推力计算等关键技术把控，为工程质量、进度、效益等方面提供了技术保障，同时本工程中的主要临时设施设置、常见故障及应急预案也可为类似工程提供参考。

【关键词】结构屋盖;累计滑移技术

1、工程概况

新建京张高速铁路昌平站位于北京市昌平区马池口镇，建筑面积4990㎡，建筑主体候车厅部分为1层，两侧办公和设备用房部分为2层，建筑最高点16.8米，檐口14.1米。建筑主要结构为钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为8度;结构安全等级为一级。结构总长度为108.7米;总宽度为33.3米。

站房屋盖结构形式为钢管桁架结构和钢筋混凝土柱相组合，桁架结构由纵横交错的无缝钢管主桁架、无缝钢管次桁架及热镀锌檩条等钢构件，以倒三角形状组成空间结构体系。主、次桁架无缝钢管间采用相关焊接;主、次桁架与檩条间采用螺栓连接。屋盖鋼结构桁架外形尺寸为79.95m（长）×41.8m（宽），主要由10榀主桁架+10榀次桁架组成.

2、总体累计滑移方案

昌平站东侧为既有昌流路，连接昌平区马池口镇上念头和下念头两个村庄，无法长期占压使用;西侧为京包铁路营业线路，日常同行北京市S2线市郊列车及货运列车;南侧为新建昌平站信号楼及通信铁塔。基于上述场地条件限制，利用站房北部钢筋混凝土屋面作为钢结构现场拼装场地，屋面标高为+9.9米;利用站房与北侧新建宿舍楼之间通道作为钢结构吊装车辆站位。

从H型钢拼装平台向屋面沿着两道钢筋混凝土结构梁上，向另一侧分别设置一条水平滑移轨道。在拼装平台上进行屋面钢桁架滑移单位的高空拼装，拼装完毕后使用顶推器将滑移单元顶推滑移，然后接着拼装下一个滑移单位，与已滑移单元连接。施工时马道随着桁架一起拼装滑移。依次累积拼装滑移到位后，将结构整体顶起，拆除滑移轨道，安装成品球形支座，并将屋盖钢桁架结构落在支座上，校正无误后柱脚底板与支座围焊。

3、施工机具及电力方案

按照总体累计滑移方案和昌平站站房实际情况，现场钢结构施工作业主要设备为：同步液压泵、CO2焊机、直流焊机、砂轮机及空气压缩机等，用电量详见下表：

P=K（K1ΣP1/cosφ+K2Σp2+K4Σp4）;

取k=1.1，k1=0.5，k2=0.5，k4=1.0，cosφ=0.65），经计算得：ΣP1=20.5KW;

ΣP2=232KVA;ΣP4=38KW;

安装时P安=1.1×（0.5×20.5/0.65+0.5×

232+1.0×38）≈186.7KVA

滑移时P滑=1.1×（0.5×30）≈16.5KVA

考虑到施工现场的不确定因素，施工现场钢结构总用电量最高可达200KVA左右，现场无接入电源，现场配备一台200KW发电机。

4、累计滑移关键技术

4.1拼装平台及轨道布置

（1）拼装平台验算

用于滑移单元桁架段对接的支撑面设置在H型钢拼装平台钢梁和钢柱上，滑移单元拼装时，产生的最大集中荷载数据如下：

由计算数据可知，最大Z向反力为107.48KN，为桁架第一段和第二段对接节点处，集中荷载为X向：0KN;Y向：-37.96KN;为保证施工安全，确保拼装平台结构的强度、刚度、稳定性，需将此集中荷载施加给拼装平台予以验算。拼装平台验算使用sap2000 v15.1完成，为确保拼装平台结构的绝对安全，将其恒荷载取1.15倍系数放大，荷载组合=1.15倍恒荷载+1.1倍活荷载+1倍X风载+1倍Y风载。并根据北京地区风压系数0.45KN/M2分X、Y两个面施加风荷载，在平台的两处支撑面柱顶、平台梁跨中分别施加上述计算中获得的最大集中点荷载X向：10.748KN（取Z向反力值的10%）;Y向：-37.96KN;Z向：107.48KN。

结构变形：最大X向变形为3.24mm，最大Z向变形为8.89mm<8800/400=22mm。

应力比：最大应力比为0.417，出现在支撑面钢梁上。

由此可知，拼装平台在施工过程中，变形小于允许范围，应力比均不大于0.7，满足规范要求。

（2）拼装平台布置

H型钢钢结构拼装平台为钢框架结构，长度为32.6米，宽度为17.2米。站房北侧钢筋混凝土屋面柱顶浇筑前预设钢板埋件，作为钢结构拼装平台钢柱柱脚生根基础，钢柱H型钢为HM450×300×11/18。钢柱顶部设置纵横连接钢梁，钢梁采用两种型号H型号，分别为HW400×400、HM300×200。为使拼装平台钢柱与钢梁连成一个受力整体，在钢柱之间设置槽钢作为柱间支撑，槽钢型号为18b。与常规拼装钢结构桁架相同，拼装平台上布置工字钢胎架架设屋盖钢结构桁架，并采用千斤顶调整桁架标高。

（3）轨道布置

分别在两道标高为14米的钢筋混凝土梁上设置滑移轨道，并与钢筋混凝土框架柱顶埋件焊接连接。滑移轨道使用16#槽钢，开口朝上，轨道延伸至拼装平台上，与平台梁上翼缘焊接连接，焊缝为贴脚焊缝，单根轨道长度90.65米。

4.2分段加工制作

为保证屋盖桁架加工质量钢结构桁架采用工厂加工，加工时以主桁架为主，次桁架遇主桁架断开，并结合昌平站现场场地狭小及运输条件，将每榀钢结构主桁架分成三段，分段时考虑受力分析上、下弦杆交叉错开分布。每段桁架在工厂加工制作完成，并涂刷底漆、中间封闭漆和防火涂料运输到现场临时场地进行存放。为防止运输、吊放、拼装和滑移过程中出现污染，钢结构桁架面漆在施工现场涂装。

4.3吊装工况验算

（1）吊车验算

根据屋面桁架分段及重量情况，主桁架最长分段为中段，长15.42米，重6.5吨，因此选用1台130吨汽车吊站位于站房北侧，主臂工况（支腿全伸+38t配重）拼装起重为10t，最大工作半径26m，汽车吊工作臂长48m，安全系数为：10/6.5=1.54>1.4，满足吊装要求。汽车吊装示意图如下：

（2）吊索验收

（3）吊装时地面承载力验算

吊装时，吊车平面内吊臂45°时，其下方支腿反力最大，130吨吊车自重54.9吨，吊装半径26米，负载6.503吨，最小支腿间距7.56米。如支腿下方垫路基箱尺寸为2500mm×2000mm，则：130吨吊车吊装时支腿对地压力F2=295420/（2500×2000）=0.0591MPA=59.1 kPa。吊车支腿落在现场自然地面上，其位置夯实平整且排水畅通，要求地基承载力不小于124kPa，根据施工要求，本工程地面在级配砂石铺设完成后，地基承载力特征值≥150kPa;完全满足要求。

4.4屋盖桁架拼装工艺

屋盖钢结构桁架分段吊装后，落在H型钢拼装平台的胎架上，利用竖向和横向的千斤顶进行定位，定位过程中利用全站仪和钢尺重点对桁架中心线、跨距、标高、定位、起拱等参数进行调整，调整到预定位置核对无误后将分段桁架焊接成一个滑移单元。需要注意的是在分段桁架拼装成整体时，各段桁架间应采用耳板连接装置辅助相对定位;各个滑移单位间焊接时，应搭设临时高空支撑平台，确保定位准确。

4.5液压同步顶推滑移

本工程中采用液压顶推滑移的施工工艺，选用步进式液压顶推器，通过后部顶紧主液压缸产生顶推反力，实现被推移结构向前平移。反力结构利用滑道设置，液压顶推器与被推移结构通过销轴连接，当主液压缸伸出时，顶紧装置工作，自动顶紧滑道侧面;主液压缸缩回时，顶紧装置不工作，与主液压缸同方向移动。

4.6滑移顶推力计算

在滑移过程中，顶推器所施加的推力和所有滑靴和滑轨间的摩擦力F达到平衡。摩擦力F=滑靴在结构自重作用下竖向反力×1.2×0.15 （滑靴与滑轨之间的摩擦系数为0.13～0.15，偏安全考虑取摩擦系数为0.15， 1.2为摩擦力的不均匀系数）。

为保证滑移施工有足够安全系数，且顶推器有足够的富裕度，将最大滑移单元自重取1.15倍系数放大，得到各滑靴反力数据如下：

由计算可知，A轴Z向反力总和F竖=1494.97KN， E轴Z向反力总和F竖=1270.6KN，则滑移过程中总的摩擦力大小为：

T=（1494.97+1270.6）×1.2×0.15=497.803KN=49.78t。

根据以上计算，桁架所需的最大总顶推力大小为50t。本工程中桁架结构滑移施工设置4个顶推点，每个顶推点布置1台YS-PJ-50型液压顶推器。单台YS-PJ-50型液压顶推器的额定顶推驱动力为50t，第一阶段顶推设置两个液压顶推器，第二阶段顶推增设两个液压顶推器。则顶推点的总顶推力设计值4×50=200t>50t，能够满足滑移施工的要求。

5、滑移主要临时措施

桁架结构滑移时需设置滑移临時措施，滑移临时措施主要包括滑移轨道、滑靴、顶推耳板等。滑道结构由16a槽钢、侧向挡块、滑块组成，滑道结构布置在钢筋混凝土梁上。顶推耳板到滑移轨道的距离为350mm。滑移临时措施如下图所示：

5.1滑移轨道设计

滑移轨道结构在桁架结构滑移过程中，起到承重、导向和横向限制支座水平位移的作用。滑移轨道中心线与支座中心线重合。轨道由16a槽钢及侧挡块组成。16a槽钢与预埋件焊接固定，滑移过程中起到承重及导向作用。侧挡板规格为20×40×150mm（材质Q345B），焊接在16a槽钢翼缘两侧，起到抵抗滑移支座推力以及水平力作用。侧挡板与槽钢轨道及预埋件连接采用双面角焊缝焊接连接，单块侧挡板焊缝所承受的最大顶推反力为500/4=125kN。焊缝设计高度hf=10mm时，焊缝设计强度：

满足设计要求。

5.2滑靴的设置

滑靴设置在结构支座下方，每个支座位置设置一个。滑靴由滑移底座及钢滑块组成，滑靴为搭拼的型钢，每个滑移底座设置3块20mm厚加劲板（材质均为Q235B）。临时支座（滑靴）与结构支座焊接连接，采用角焊缝连接，四面围焊，焊脚尺寸10mm。滑移底座与钢板焊接连接，采用角焊缝连接，四面围焊，焊脚尺寸10mm。

5.3顶推耳板的设置

液压顶推器前端通过销轴与被推移构件上的耳板进行连接固定，用以传递水平滑移顶推力，顶推耳板板厚t=20mm（材质为Q345B），顶推耳板设置在有顶推器的支座上.

结语：

针对昌平站站房屋盖特点与周边实际环境，钢结构屋盖采用了累计滑移技术，克服了搭拆满堂红脚手架工期长、高空钢结构散拼安全隐患大、屋盖拼装和室内装修无法交叉等困难，在预定工期内安全实现了既定目标。钢结构累计滑移是一种较为成熟施工技术，在昌平站站房的成功应用也可以给今后类似工程给予一些参考和提示。

参考文献：

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