高架站房大跨度钢结构网架附着式提升施工方法研究

2024-05-13石建彬

建材与装饰 2024年14期

石建彬

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030006）

1 技术背景

渝昆高铁与自宜铁路共同使用的站房设计独具匠心，其结构布局划分为西侧式站房、高耸的高架站房以及东侧式站房三大部分。整体站房的建筑面积达到惊人的47064m2，其建筑高度更是高达34.55m。在站房的屋盖结构设计上，采用了先进的四角锥焊接球网架结构，其确保了站房的稳固与安全。站房的钢结构含量高达1607t，其中钢结构网架分为西站房网架、高耸壮观的高架站房网架以及东站房网架，各自承载着不同的功能。东站房的屋盖平面尺寸约为185m×33m，其最大的跨度达到了63m，最大矢高为4m。高架站房的屋盖平面尺寸则约为110m×124m，同样拥有63m 的最大跨度，但其最大矢高却达到了5m。而西站房的屋盖平面尺寸则约为193m×48m，其最大跨度更是达到了81m，最大矢高更是高达10m。

伴随着我国的经济飞速提升，特别是在网格结构的建设上，使得焊接球形网格结构在大型建筑项目上的运用日益广泛[1-5]。目前，网架结构的安装方法具有多样性。这些方法包括搭设满堂脚手架进行原位拼装、整体拼装分块提升以及定点拼装分块累积滑移等。在这些方法中，整体拼装分块提升具有许多特点，比如机械化程度高、造价成本低、施工效率高、现场质量易于操控、施工便捷等优势。因此，它已经被广泛地应用于工程实际中[6-7]。然而，目前在钢结构提升速度慢、施工成本高等问题需解决[8-12]。

鉴于此，对钢结构网架施工常用的方法进行比较、分析并结合新工艺，最终形成高架站房大跨度钢结构网架附着式提升施工方法。施工可有效提升现场施工质量、节省工程造价、缩短施工周期，取得了良好的经济效益和社会效益，尤其对“桥建合一”“上进下出式”高铁站房工程，具有普遍推广意义。

2 高架站房大跨度钢结构网架附着式提升施工原理

2.1 屋盖网架提升架底板结构加固

高架站房网架安装采用整体拼装分块提升的方式进行施工。提升设备主要受力构件为提升支架，提升架节点如下：门式提升器下部地梁选用HM488mm×300mm×11mm×18mm 用于9.45m 楼面转换梁，将门式提升架的荷载通过转换梁传递到混凝土结构梁上，转换梁与混凝土梁结构梁采用埋件进行固定连接。为了保证混凝土转换梁受力可靠，提前就提升架方案与设计院进行了沟通，增大了转换梁配筋，保证网架提升过程中结构安全。

2.2 BIM 仿真建模结构分析

通过BIM 分析模型的建立，对设计结构碰撞检测和施工过程仿真进行分析。结合网架屋盖的结构特点，通过模型对结构施工过程中同步提升结构的受力分析。利用BIM 建模对施工过程和网架结构进行模拟，极大的提升现场施工组织效率。

2.3 提升架选型及布设

利用高架站房天窗位置进行提升区分区，通过提升结构的重量计算分析选取满足承载要求的提升架方式、提升器、钢绞线。通过门式提升架与附着式提升架组合，每个提升段对称设置提升点，通过“四点”对每一片网架进行提升，极大的降低提升风险。

2.4 网架拼装段提升同步控制

利用提升液压泵站系统、同步控制系统对网架提升同步控制，通过位移传感器同步控制各个提升压力装置的提升高度，从而实现同步动态控制。试提升过程对提升设施和设备系统以及结构网架的实时监控和调整，以此满足工程计算和设计条件等要求，进而保证提升的安全性。在试提升过程中，包括对提升逐级加载、结构离地检控、位置检测调控、提升速度把控等步骤，通过微调提升过程中的各项参数，使得对网架结构、提升设施以及提升设备系统的顺利进行，确认其符合模拟工况计算和设计条件，从而确保提升过程的安全性。

3 工艺流程与操作要点

3.1 工艺流程

焊接球型网架安装提升施工主要包括施工准备、BIM 仿真模型建立、网架拼装段组装、提升架设置及布设、网架拼装段同步提升、补杆、网架卸载等施工工序，门式提升架构件、提升柱及梁、埋件等构件通过预制厂预制。图1 为屋盖网架提升施工的现场施工工艺流程，清晰地展示了施工过程中的各个环节与步骤。

图1 屋盖网架整体提升施工工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

（1）准备施工中所需设备仪器及材料，确保其规格和数量满足施工需求，并经过地市级以上计量监督单位的标定验证，确保准确性。

（2）根据现场实际情况编制《大跨度钢结构网架附着式提升施工方案》，经过专家安全认证并获得批准后执行。

（3）根据设计文件采购所需的提升架、反撑杆、提升器、临时提升球、液压提升器、液压泵源系统、同步控制系统、传感器、钢绞线等建筑材料。

（4）详细制定施工工艺和相关参数以及质量应急措施要求，在质量把控等难点方面与设计单位共同分析研究，指出相应解决方案，以此完成两方工程技术的交底。

（5）对施工现场环境进行摸底，包括施工条件和建筑结构特点，同时对所需施工设备仪器以及相关工艺进行顺序编排，此外，对施工过程中所需组织以及管理方面进行安置，从而从整体上确保施工过程中各个方面能够有序进行，有机结合。

3.2.2 结构分析模型

（1）通过对工程文件和现场要求的详细了解，完成BIM 分析模型的建立，通过对结构碰撞检测以及施工过程仿真的分析情况，完成提升分区模型的建立。

（2）根据钢网架屋盖施工图，结合网架屋盖的结构特点，建立分析模型，对结构施工过程中同步提升结构的受力情况。

3.2.3 提升架布置

（1）门式提升架。在天窗的可用空间内，布置了临时杆件和吊点球，这些元素构成了门式提升架的基础结构。提升架的立柱采用Q235B 标准的φ140×4.0 钢管，确保了结构的稳固和耐用。缀条部分则选用了Q235B 规格的L50mm×5mm 角钢，为整体结构提供了额外的支撑和稳定性。连接部分统一使用Q235B 的钢板材质，保证了结构的整体性和可靠性。门式提升架的平面尺寸经过精心计算，确定为1.7m×1.7m，满足了施工需求。在提升架的关键部位，如格构柱的柱顶，采用热轧H 型钢HW300mm×300mm×10mm×15mm 作为胎帽，这种材料能够有效承受提升过程中的各种应力。底座梁和提升梁则选用了双拼热轧H 型钢HN500mm×200mm×10mm×16mm，提高了梁的承载能力和抗弯刚度，确保提升过程的平稳和安全。胎帽、底座梁和提升梁均采用了Q355 材质。

（2）附着提升架。附着提升架因为荷载小，空间狭小，故采用原网架结构提升，提升梁采用箱型B400mm×16mm，立柱和后拉杆采用圆管P219mm×10mm，侧向系杆采用圆管P127mm×5mm，材质均为Q355。

（3）柱顶提升架。柱顶提升架由牛腿及埋件、立柱、系杆、分配梁和提升梁组成，提升梁采用箱型B400mm×16mm，分配梁采用HW300mm×300mm×10mm×15mm，立柱采用圆管P180mm×10mm，缀杆采用圆管P127mm×5mm 牛腿采用焊接H400mm×300mm×20mm×20mm，材质均为Q355。

3.2.4 提升架布设

（1）根据高架站房天窗位置进行提升区分区，通过提升结构的重量计算分析选取满足承载要求的提升架方式、提升器，并进行现场瓶装，连接牢固。

（2）采用临时下吊点球结构，并使提升器的中点与下吊点球中心在同一垂直线上。

（3）工程设计中考虑到导向方向的便捷因素，位置要求将提升器安装于钢绞线导向架的下方，一方面保证油管和相关传感器的安装，另一方面，钢绞线自由下坠情况。导向架的横梁通常设置在比提升器天锚略高的位置，为1.5～2.0m，并且最佳设计位置是偏离提升器中心5～10cm。

3.2.5 网架拼装段组装

（1）在结构板上首先放置下弦节点垫板，其次安装定位6 个下弦球节点及节点间的下弦杆。

（2）继续安装下弦球节点及下弦杆。

（3）安装上弦球节点和腹杆。

（4）继续安装上弦球节点和腹杆。

（5）完成一个分区网架拼装，准备提升施工。

3.2.6 网架提升

（1）逐步加载。在网架钢结构的试提升阶段，采用逐步加载技术。通过地面液压泵源系统精确控制液压提升系统，按照20%、40%、60%、80%的递增比例逐步施加荷载。每一级加载后，确保结构无异常，才进行下一级加载，直至达到100%的预定荷载，使网架结构顺利脱离拼装胎架。