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      武漢火車站:大跨度異形空間曲面鋼桁架安裝工藝

      作者:蔣官業(yè) 王朝陽 賀振科 袁海軍 熊鳳霞    
      時(shí)間:2012-11-19 09:56:20 [收藏]
      武漢火車站鋼結(jié)構(gòu)包括中央站房結(jié)構(gòu)、樓面結(jié)構(gòu)、雨棚結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)。中央站房部分為武漢站施工最為復(fù)雜的區(qū)域,在有限的空間與時(shí)間的前提下,采用了桁架散件與片狀結(jié)合安裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了中央站房的高質(zhì)與快速施工
          關(guān)鍵詞:武漢火車站 大跨度異形空間曲面鋼桁架安裝

        [摘 要]: 武漢火車站鋼結(jié)構(gòu)包括中央站房結(jié)構(gòu)、樓面結(jié)構(gòu)、雨棚結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)。中央站房部分為武漢站施工最為復(fù)雜的區(qū)域,在有限的空間與時(shí)間的前提下,采用了桁架散件與片狀結(jié)合安裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了中央站房的高質(zhì)與快速施工。
              [關(guān)鍵詞]:大型滑移胎架     吊裝單元?jiǎng)澐?/p>

        1  工程概況

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        圖1 武漢站三維示意圖
         

        中央站房由五個(gè)主拱作為支撐,截面為橢圓變截面鋼管,單拱最大跨度116m,最大拱頂中心標(biāo)高為58.157m,拱上有樹枝狀V型錐管支撐,用于支撐縱橫管桁架形成的屋蓋結(jié)構(gòu),見圖1。屋蓋投影面積為307.813m×184.00m,縱橫桁架將屋蓋結(jié)構(gòu)劃分為58×33個(gè)單元網(wǎng)格,橫軌桁架為空間雙曲雙拱結(jié)構(gòu),順軌桁架為平面桁架,橫軌桁架為屋蓋結(jié)構(gòu)的主受力構(gòu)件。

        2  總體方案選擇

        武漢站建筑造型、結(jié)構(gòu)形式以及現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境,采用“大型滑移胎架”進(jìn)行施工,即在結(jié)構(gòu)原位下方分區(qū)搭設(shè)大型滑移胎架支撐體系,結(jié)構(gòu)部件吊至高空組對(duì)安裝,結(jié)構(gòu)單元片區(qū)形成整體穩(wěn)定后,胎架滑移至下一區(qū)間施工。
              本項(xiàng)目在施前還針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)其它常見施工方案進(jìn)行了思考,但都局限于武漢站的特點(diǎn)而不適合。
              A、原位胎架施工法
              針對(duì)一些工期相對(duì)輕松的工程,原位胎架(原位滿堂腳手架或胎架)具有施工安全、方便定位等優(yōu)點(diǎn),但本工程施工工期十分緊張,原位設(shè)置腳手架,其安拆時(shí)間過長,將極大的影響后續(xù)土建施工。
              B、提升施工法
              對(duì)于規(guī)整的單層、支撐簡潔的多層平面結(jié)構(gòu),比較適合采用提升法施工。
        就本工程而言,結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)較弱,提升點(diǎn)的布設(shè)困難;支撐體系復(fù)雜,高空對(duì)接就位質(zhì)量難以保證;提升施工不可預(yù)見風(fēng)險(xiǎn)較大,結(jié)構(gòu)體系見圖2。
         

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        圖2 鋼結(jié)構(gòu)與橋梁關(guān)系

        3  吊裝單元的劃分與選擇

        選定了胎架滑移施工整體安裝方案,吊裝單元的劃分與選擇方式又將成為研究的重點(diǎn),其對(duì)施工質(zhì)量與進(jìn)度影響重大,針對(duì)橋建合一武漢站的特點(diǎn),共有三種單元?jiǎng)澐中问剑?、散件(相貫桿件)高空拼裝;2、大單元地面拼裝整體吊裝;3、散件與片狀結(jié)合施工。

        3.1 散件(相貫桿件)高空拼裝
              主要施工方法:桁架所有桿件在工廠下料,高空直接組對(duì)相貫口及所有節(jié)點(diǎn)板,見圖3。
              方案優(yōu)點(diǎn):A、相對(duì)減少工廠及地面拼裝工作量,降低了構(gòu)件運(yùn)輸要求;B、桿件直接焊接,相對(duì)減少了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接接頭。
              方案缺點(diǎn):A、單節(jié)點(diǎn)相貫桿件數(shù)量較多且重疊相貫,另有多板穿插其中,組對(duì)、施焊時(shí)須先后進(jìn)行,部分焊縫在高空無法施工焊,質(zhì)量難以保證;B、現(xiàn)場(chǎng)施工工作量增大(112300個(gè)相貫口、11500塊穿心節(jié)點(diǎn)板、9870個(gè)非穿心節(jié)點(diǎn)板、34300塊加勁板),工期難以保證;C、現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)量定位困難,施工質(zhì)量難以保證,不可控因素多;D、節(jié)點(diǎn)焊接量大且集中,焊接變形大,容易形成較大的焊接殘余應(yīng)力,對(duì)結(jié)構(gòu)整體受力不利。
         

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        圖3 多管相貫節(jié)點(diǎn)示意圖

        3.2  大單元地面拼裝整體吊裝
              主要施工方法:將2-3榀桁架在拼裝場(chǎng)地進(jìn)行整體拼裝后,采用大噸位吊裝設(shè)備吊裝就位。
              方案優(yōu)點(diǎn):A、結(jié)構(gòu)整體性相對(duì)較好;B、減少高空焊接工作量;
              方案缺點(diǎn):A、現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小,無法提供拼裝作業(yè)面,只能進(jìn)行場(chǎng)外拼裝,但限于道路及橋梁施工影響很難運(yùn)輸;B、兩片結(jié)構(gòu)體積通常達(dá)18.75m*8m*7.5m,單塊整體剛度較差,吊裝運(yùn)輸時(shí)容易造成結(jié)構(gòu)永久性損壞;詳見圖4。

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        圖4大單元吊裝示意圖


              3.3  散件與片狀結(jié)合施工
              主要施工方法:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆芳八跗鹬啬芰㈣旒芊殖刹考ǜ叨却蟮姆稚舷孪壹案箺U,其它的整片分段)高空進(jìn)行吊裝。
              方案優(yōu)點(diǎn):A、不受拼裝進(jìn)度的影響,可多點(diǎn)位展開施工;B、合適的構(gòu)件大小(構(gòu)件體積18m*3m*2m),能充分高效的發(fā)揮常用運(yùn)輸和吊裝機(jī)械的能力;C、將整個(gè)工程的工作量合理的分配給加工廠和現(xiàn)場(chǎng)安裝,更充分的發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì);D、將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)(多管相貫和多板貫穿桿件以及加勁板的焊接)的焊接放在了加工條件更好的工廠施工,更好的保證了工程質(zhì)量;
              方案缺點(diǎn): A、相對(duì)增加了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接接頭;B、變形需嚴(yán)加控制。
        綜上,三種吊裝單元的劃分均有其優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn),根據(jù)武漢站鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),選擇 “散件與片狀結(jié)合施工”。

        4  具體的分段原則

        4.1  桁架分段示意圖詳見圖5

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        圖5 桁架分段示意圖一

        4.2  桁架分段拼裝示意圖詳見圖6

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        圖6 桁架分段示意圖二(工廠加工)

        4.23 桁架節(jié)點(diǎn)示意圖詳見圖7

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        圖7 節(jié)點(diǎn)示意圖

        5  結(jié)論

        通過采用片狀與散狀結(jié)合安裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)桁架的快速定位,高質(zhì)焊接,大大促進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的工期與質(zhì)量,為后續(xù)專業(yè)盡快插入施工提供了條件,同時(shí)此技術(shù)為此后大跨度空間桁架結(jié)構(gòu)的安裝提供了參考,拓寬了思路。

        參考文獻(xiàn)
              【1】《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50205-2001
              【2】《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002
              【3】嚴(yán)慧 我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用發(fā)展的主要特點(diǎn) 2002(04) 
              【4】鮑廣? 鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及實(shí)例 2005 
              【5】董石麟;羅堯治;趙陽 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐與學(xué)科發(fā)展 2005

        作者簡介:蔣官業(yè),中建鋼構(gòu)有限公司武漢分公司總工程師。
              聯(lián)系地址:武漢市武珞路456號(hào)新時(shí)代商務(wù)中心40層,430070。
         

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