高铁站房大跨度钢结构整体提升施工工艺

丁辉?任元柱?郝良庆?王英杰?陈文捷

摘 要：高铁站房综合候车大厅大跨度钢结构屋盖体系多为混合结构，节点复杂，单件重量大，施工难度大。采用大跨度钢结构整体提升工艺进行施工，节约了人工费、材料费、机械费，降低了高空作业的风险、提高了经济效益

关键词：高铁站房;钢结构;大跨度;提升

一、高铁站房大跨度钢结构施工难点分析及解决方案

（一）施工重难点分析

1、大型高铁站房工程按照施工组织，屋盖施工时其下方土建结构已经施工完毕，吊装机械难以在场内开展吊装。方案选择需要综合考虑工期、经济、安全、效率、质量控制等多方面因素。

2、屋盖结构多为钢结构，钢拱跨度大，构件重量重，普通吊装设备无法进行安装。施工工艺，合理分段、临时支撑需综合考虑。

3、由于提升单元重量大，结构形式复杂，如何保证提升单元在整个提升过程中，结构整体受力状态与设计状态的一致性，以及如何保证提升点附近内力较大的结构杆件安全稳定是工程一大重点。

（二）施工重难点解决方案

1、前期组织专家对安装方案进行论证，可以采用成熟的液压提升施工工艺，并结合大型机械对不便提升的部分桁架进行分段整体吊装。

2、优化各种施工临时支撑措施，根据受力大小，配置不同形式的支撑体系（格构式支撑架、脚手架、拼装胎架等），加快进度、节约成本。

3、对整个结构进行施工过程模拟分析，理清施工过程中的结构主次关系，做到测量、焊接、结构合攏、卸载等施工协调统一。

二、大跨度钢结构整体提升适用范围及工艺原理

（一）适用范围

本工法适用于主体结构中需配置预应力的超大型车站、会展中心等大跨度（36m以上）、大吨位的钢桁架结构工程。

（二）工艺原理

桁架提升是将主桁架结构在横向指定位置处断开，两边分段吊装，并设置支撑架，中间部分在高架层地面拼装。上吊点设置在原结构上弦上，并在此设置提升平台;在正对应上吊点下方设置提升下吊点，中间提升部分的下弦上设置相应连接结构。上下吊点分别放置液压提升器及提升地锚，两者通过承重钢绞线连接。利用超大型液压多点同步提升技术，将结构一次性同步提升到位，多点液压提升采用计算机控制系统，实现对系统中每一个液压提升器的独立实时监控和调整，为保证提升过程中结构安全性，严格控制提升同步引起的位移误差，采用高精度全站仪，实时监测结构提升过程中关键测量点的相对位移变化，使提升同步性控制得到双保险，从而达到钢结构整体提升施工工艺中所需要的同步提升、姿态调整、单点毫米级微调。

三、大跨度钢结构整体提升工艺流程及操作要点

（一）工艺流程

方案及计算模型制定→混凝土结构施工→结构核算及加固→桁架拼装与支撑架设立→提升器及临时措施安装→桁架整体提升→桁架对接口杆件安装、焊接→桁架提升部分分级卸载

（二）施工操作要点

1、桁架拼装与提升支撑架立设

经过模型计算拼装胎架搭、提升支撑架设形式。拼装胎架用于钢结构拼装，提升胎架用于提升设备安装以及提升辅助。

2、提升设备及临时系杆安装张拉

待桁架发散吊装段和提升段施工完毕后进行提升设备的安装。

2.1提升上吊点

采用液压同步提升系统进行整体提升，需要设置专用提升平台，即合理的提升上吊点，提升上吊点布置液压提升器，提升器通过提升专用钢绞线与待提升构件上的对应小吊具相连接。

2.2临时系杆设置

原结构在指定位置断开后，改变了受力形式，故须在拱结构下设置临时系杆（也可称为平衡拉索），用来控制、调整提升单元的形态。

2.3提升下吊点

中间部分采用分块提升的方案安装就位。下吊点设置在结构被提升段的下弦，在结构提升段的下弦上局部加固并设置L型耳板，两端分别通过销轴与吊具（笼）及临时系杆相连。

2.4提升设备及钢绞线的选择

液压提升系统主要由液压提升器、泵源系统、传感检测及计算机同步控制系统组成。提升器的配置主要考虑吊点提升力及水平张拉力。根据拉力不同配置不同液压提升器、钢绞线。

3、桁架提升

3.1同步吊点设置

每台液压提升器处各设置一套行程传感器，用以测量提升过程中各台液压提升器的提升位移同步性。

3.2提升分级加载

通过试提升过程中对桁架、提升临时措施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。以计算机仿真计算的各提升吊点反力值为依据，对提升单元进行分级加载（试提升），依次为20%、40%、60%、70%、80%;在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90%、95%、100%，直至桁架提升单元全部脱离拼装胎架。

3.3结构离地检查

提升单元离开拼装胎架约100mm后，利用液压提升系统设备锁定，空中停留12小时后作全面检查（包括吊点结构，承重体系和提升设备等），各项检查正常无误，再进行正式提升。

3.4姿态检测调整

用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差。通过液压提升系统设备调整各吊点高度，使网架提升单元达到设计姿态。

3.5整体同步提升

以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器。在桁架整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高附近。

3.6提升过程中的微调

桁架结构在提升过程中，因为空中姿态调整和后装杆件安装等需要进行高度微调。根据需要，对整个液压提升系统中各个吊点的液压提升器进行同步微动（上升或下降），或者对单台液压提升器进行微动调整。微动即点动调整精度可以达到毫米级，完全可以满足结构安装的精度需要。

4、对接口焊接以及后装杆件安装

对整体结构进行测量，保证结构的水平位置、标高等达到要求后将首先将弦杆对接焊缝进行焊接，焊接完成后安装对结构附近的腹杆、次桁架等后装杆件。

5、设备拆除及桁架分级卸载

5.1设备拆除

拆卸控制系统→拆卸液压系统→拆卸提升地锚→拆卸提升油缸→拆卸钢绞线。

5.2提升支撑架卸载

卸载采用 “同步等距”卸载方式。即每个提升单元提升完成后，在支撑架顶部同时安排操作工人对支撑架进行切割、卸载。根据Sap2000模型计算结果，统计各个支撑点写在前后的竖向位移，分几次逐步卸载。

四、新建济南至青岛高速铁路济南东站站房及相关工程应用实例

（一）工程概况

工程总建筑面积17.48万㎡，候车大厅屋盖采用大型双曲面钢结构拱顶结构，其跨度为122～156m，拱高29～36m，南北方向长408.6m，拱顶为渐变式抛物线数学模型。结构形式采用大跨度空间桁架体系，20榀主桁架为空间倒三角管桁架;钢屋盖拱脚处结构体系采用：钢筋混凝土承台+连接承台的預应力钢拉索+钢管混凝土斜柱+钢管立柱。

（二）钢结构提升工艺应用效果

采用桁架整体提升施工方法，屋盖施工完成后经过测量、超声波探伤等检测满足了相关施工质量验收规范中适用条文规定要求。同时采用此工艺大大简化了施工工序，有效的提高了施工效率，缩短了工期，减少了大量的措施费用，总体施工效果良好。提升示意如下图：

（三）工期指标分析

采用提升方案施工，屋面檩条、吊顶龙骨可在拼装时进行安装，同桁架一起进行提升，降低施工高度、节约施工时间，济南东站项目20榀桁架共计施工7个月，其中包含胎架的立设时间，待桁架提升完毕之后下部拼装胎架即可拆除，工作量相对较小，其他单位可以穿插进行施工。根据胎架设立高度推算工程量，采用桁架原位拼装的方法胎架用量将增加一倍左右，施工工期最少在8个月。故而，桁架提升发施工使工期缩短约30天。

五、 结语

当今社会许多超大型综合体建筑设计成大跨度无中间支撑的结构形式来保证整体美观性，而用钢结构作为上部结构体系解决了跨度大、无支撑的结构难题，但跨度过大后就需要在下部基础上增加设计预应力钢索来平衡整体受力。其中大跨度钢结构采用提升的施工方案对于质量、安全、工期来讲比较适合，预应力结合上部结构施工的不同阶段进行分级张拉施工。钢桁架提升施工的方法，大大的提高了现场施工的速度，也保证了质量和安全。