某交通中心钢屋盖施工方案比选及施工关键技术

丁坚龙,刘粟雨,章一瑜,刘 庭

(浙江精工钢结构集团有限公司,浙江 绍兴 312030)

1 工程概况

1.1 项目概况

重庆东站项目位于重庆市南岸区,总建筑面积约122万m2。交通中心钢屋盖位于整个站房西侧端部区域,为高大空间结构(见图1),中间高两边低,屋盖最高点标高46.000m(见图2),最低处结构标高约37.500m,最大离地高度达57m,屋盖结构最大跨度达72m。屋盖采用正交立体桁架,由柱顶桁架、主桁架、次桁架和天窗桁架组成。主桁架及天窗桁架呈曲面造型,多为空间弯弧构件。钢屋盖下部支撑采用树形柱、树杈柱及圆管直柱(见图3),支撑体系形式多样,造型复杂。

图1 交通中心钢屋盖三维效果Fig.1 Three-dimensional effect of traffic center steel roof

图2 交通中心钢屋盖剖面(单位：m)Fig.2 Steel roof profile of traffic center(unit：m)

图3 交通中心钢屋盖支撑柱示意Fig.3 Steel roof support column of traffic center

1.2 复杂施工条件

1.2.1土建结构对钢屋盖施工制约影响大

1)交通中心区域下部楼层多、进深大、空间关系复杂(见图4),3层楼面设计有大面积洞口,4～6层结构分两侧独立布置,且不规则地向两侧缩进。材料、吊装机械上楼面施工难度极大。

图4 交通中心下部土建结构轴测图Fig.4 Axonometric drawing of civil structure at the lower of traffic center

2)紧靠交通中心南、北两侧为2栋多层铁路综合开发房(西南楼及西北楼),其相应楼层对钢屋盖施工投影作业面存在干涉。

1.2.2地形条件复杂

交通中心区域地势高差大,结构±0.000层与实际施工地面高差达11m,西侧紧邻规划市政道路。

1.2.3专业交叉影响多

土建主体作业面移交时间直接影响钢结构工期,同时钢结构与屋面、幕墙、吊顶等专业相互关联、相互制约、工作界面交接多。

2 施工方案比选

2.1 楼面拼装累积提升(提升方案)

2.1.1方案概述

交通中心钢屋盖整体分为3个提升分区：1-1区、1-2区和1-3区(见图5)。1-1区在出站层中间区域楼面上搭设支撑胎架(胎架搭设高度8～19m)进行拼装(见图6);1-2区和1-3区位于交通换乘中心5,6层楼板上拼装(胎架搭设高度7～17m)。1-1区第1次提升15.5m后与1-2区和1-3区对接成整体(见图7),然后进行第2次提升23.5m直至设计标高(见图8),再在对应下方楼板上进行下部C形柱的补装和后施工杆件的补杆作业,最后拆除提升工装、整体卸载。

图5 提升分区Fig.5 Lifting partition

图6 钢屋盖分区楼面拼装示意Fig.6 Floor assembly of steel roof partition

图7 1-1区首次提升示意Fig.7 The first lifting of area 1-1

图8 钢屋盖整体提升示意Fig.8 Overall lifting of steel roof

2.1.2提升施工条件

1)由于1-2区、1-3区需在楼面进行拼装作业,楼板承载力有限,为满足50t汽车式起重机行走及吊装需求,需保留交通换乘中心5层下部脚手架。

2)屋盖拼装部分支撑胎架需落至综合开发房屋西南楼及西北楼7层楼面,需沟通协调与其他单位标段间的干涉影响。

3)提升施工需大量材料、机械上楼面作业,在交通中心西侧设置栈桥作为机械上料及上楼面通道。

2.2 累积滑移+局部原位吊装(滑移方案)

2.2.1方案概述

图9 交通中心钢屋盖施工分区Fig.9 Construction division of traffic center steel roof

图10 滑移施工平面Fig.10 Sliding construction plan

2.2.2滑移施工条件

2)结构西侧因邻近规划的市政道路,若存在施工干涉,需协调。

2.3 方案对比分析

1)滑移方案机械投入型号大,提升方案机械数量多且需大量倒运机械,总体机械费用接近。

2)对于现场施工工艺措施的投入,提升方案比滑移方案多约700t,且提升架高度达40～65m,安拆工作量大,安拆难度较大,对保障整体工期不利。

3)滑移施工可在下部主体楼层结构施工阶段提前穿插,较提升方案可有效缩短施工工期。

4)提升方案作业面广,对现场影响区域面大;提升单元5,6层楼面的材料均需利用起重机逐层倒运,施工效率低,组织难度大,工期保障难。

5)提升方案对整体混凝土结构的影响面大,加固范围大。对于钢屋盖原结构加固而言,滑移方案加固量多于提升方案。

6)钢屋盖采用提升方案时,南、北两侧悬挑部分结构投影面位于铁路综合开发房(西南楼及西北楼)区域,提升单元拼装时支撑胎架落在开发房楼面,需协调相关标段进行施工配合及进行承载力验算与加固,协调工作较复杂。

综合对比分析可知,在方案可行性和机械投入方面两者结果相近。然而提升方案作业面广、影响区域多,同时提升措施投入量大,在经济性、工期保证和协调组织上不及滑移方案,因此交通中心钢屋盖选用滑移方案更合理可行。

3 钢屋盖滑移施工关键技术

3.1 滑移轨道和拼装平台设计

1)滑移支撑体系及滑移轨道设计

滑移轨道及临时支撑体系由格构式支撑架、承轨桁架、连系梁、转换钢梁组成。格构式支撑架高24～57m,其中57m高支撑架规格为3m×3m,其余支撑架规格为2.5m×2.5m。滑移轨道采用正三角桁架结构,高3m、宽2.5m,上弦杆规格均为H400×350×12×16,腹杆规格为 □120×5,□160×6,下弦杆规格为□200×7,材质均为Q355B。

在支撑架顶部垂直滑轨方向拉设缆风绳以保证滑移架整体侧向稳定,缆风绳直径为20mm,抗拉强度为1 670MPa,两侧缆风绳通过埋件固定在两侧混凝土结构上。滑移支撑体系验算结果如图11所示。支撑体系顶部产生最大水平变形为30.5mm<40mm,满足规范要求;承轨钢梁最大竖向位移为16.68mm<18 604/600=31.0mm,满足规范及施工精度要求。支撑架杆件最大应力比为0.87<0.9,均满足承载力要求。

图11 滑移支撑体系验算结果Fig.11 Calculation results of sliding support system

2)拼装平台设计

拼装平台由立体桁架及平面桁架组合而成,与滑移支撑体系相连形成整体平台,设置在整个滑移体系端部。拼装平台尺寸为234m(长)×20.5m(宽)×2.5m(高),平台四周设置防护栏杆。平台结构杆件采用箱形管,弦杆规格为□160×5,□140×5,腹杆规格为□100×5,材质均为Q355B。平台上部满铺成品板形成施工作业面。

拼装平台验算结果如图12所示。标准组合包络下,平台结构竖向位移最大值为45.7mm,出现在悬挑位置,平台悬挑长度为8.75m,根据JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》,悬挑立体桁架端部挠度限制为L/125=8 750/125=70mm>45.7mm,满足要求。结构在基本组合下杆件最大应力比为0.86<1,满足规范要求。

图12 拼装平台验算结果Fig.12 Calculation results of assembly platform

3.2 滑移单元划分和滑移点设置

1)滑移单元划分 滑移区分为5个滑移单元(见图13),单个滑移单元宽度为12～17.5m。

图13 滑移单元划分平面Fig.13 Plan division of sliding unit

2)滑移点设置 结构滑移共设置19个顶推点,每个顶推点布置1台YS-PJ-50型液压顶推器,在每条轨道上布置。单台YS-PJ-50型液压顶推器额定顶推驱动力为500kN,则顶推点总推力设计值为500×19=9 500kN>2 850kN,安全富裕度为：α=9 500/2 850=3.3>1.25。

根据以往施工经验及设计数据,液压顶推器采用以上安全富裕度系数进行配置完全符合要求,能够满足滑移施工要求。滑靴设置在滑移单元中与轨道相交桁架下弦杆上,共44个。滑靴及顶推点布置如图14所示。

图14 滑靴及顶推点布置Fig.14 Layout of slippers and jacking points

3.3 滑移施工对原结构的加固措施

由于屋盖桁架结构为非常规的通长纵横交错桁架,因此顶推点设置存在偏心于节点的情况。滑移时,为避免顶推受力杆件出现折弯,采取设置临时加固杆件的方式,通过临时加固杆件将力传递至节点上,提高滑移结构整体刚度,临时杆件规格为φ180×5,φ203×8,如图15所示。临时桁架加固如图16所示。

图15 临时加固杆件Fig.15 Reinforcement measures of temporary bar

图16 临时桁架加固示意Fig.16 Reinforcement of temporary truss

由于滑移单元末端位于树形柱顶部天窗,结构设置的横向桁架不连续,存在悬挑的C形桁架,因此设置临时平面桁架,控制滑移时因悬挑过大产生的结构形变。

3.4 屋盖结构卸载

滑移区滑移就位完成补杆、吊装区结构安装就位且钢屋盖结构成型后进行卸载。交通中心屋盖结构整体从中间向两侧进行分批卸载,每批进行分级卸载,每级卸载量≤20mm(见图17)。卸载过程屋盖竖向位移计算分析如图18所示。

图17 滑移分区各滑靴支撑点卸载量Fig.17 Unloading amount of each slipper support point in sliding zone

图18 卸载过程屋盖竖向位移计算分析(单位：mm)Fig.18 Vertical displacement calculation and analysis of roof in the unloading process(unit： mm)

4 结语

本文对重庆东站交通中心钢屋盖施工方案选择进行了对比分析,并对相关施工关键技术进行介绍。结合钢屋盖本身结构特点及交通中心屋盖下部土建结构及周边条件情况,通过两种方案的对比分析,综合考虑采用累积滑移施工技术投入措施量少,作业面影响区域少;同时钢屋盖可提前穿插施工,有效缩短施工工期,实现屋盖主体结构提前封顶。