铁路运营客站大跨度钢结构吊装技术.pdf

铁路运营客站 大跨度钢结构吊装技术 徐卓宁 沈阳铁路局概预算审查所 ，高级工程 师，辽宁 沈 阳，1 1 0 0 0 1 摘要 论述沈 阳站 高架候车室楼 面拱桁 架 吊装施工采用分段 吊装、中间段 空中合龙 的 技 术方 案 。确 定拱桁 架钢 结构 吊装 的 分段 位 置 ，在分段位置设立 临时支撑架，对其下部 结构进行加 固，并对临时支撑架的受力进行 分析及检算 。针对拱桁架 吊装单元 吊点设计 及其 变形进行阐述和 分析，吊装单元 变形满 足安 装要 求。 关键词 铁路运 营客站 ；大跨度钢结构 ；吊 装技术 ；拱桁架 1 工程概况 沈 阳站 为哈 大客运 孥线 工 程重要 配套 交 通 枢 纽站 ，主 站房 平 面投 影 为T 字形 ， 腹 部 宽 l 0 3 m、长 2 2 0 m，翼 缘 长 1 7 5 m， 总 建 筑 面积 1 3 ． 7 2 万m 。其 中 乍站竖 向分 出站层 、站 台层 、高架 层 ，站房 主体最 高 点距地面4 8 I l l 。高架候车室在站房腹部 ， 主体 为现浇 混凝 土框架 结构 。 顶部 为大 跨度拱形钢管拱桁架结构 ，拱桁架跨度为 6 7 m，拱高2 2 _ 8 m，拱顶标高4 7 ． 7 m，拱脚 标高2 4 ． 0 m，拱脚部位弧度近7 0。，拱桁 架 截面 为正方形 ，边 长2 ． 4 m，大跨度结构 设计形式适应下部要求 ，共享大空间无柱建 cH| ～E S ER A／ L WA YS 2 o 1 4 ／ 0 5 ‘ I 苎 筑设计理念 ，满足上部空 间覆盖公共建筑要求 ，且拱形结 构独立稳定 、荷载能力强 。高架候车室剖面结构见图1 。 2 高架候车室楼面拱桁架吊装技术方案 沈 阳站站 房为站改工 程 ，施工 中需 保证运 营 ，减 少 对 其影响 。高 架候车室位 于铁路线路 上方 ，其顶部大跨 度拱桁 架结构 吊装施T准 备在新建普 速场线路 、站 台过 渡开通后开始 ，列车到发及 旅客乘 降均在高架层下部 站 台层 完成 ，大跨 度钢拱桁架 结构安装选 择空问有 限。此 外 ，吊装作业 与投入运 营的普速场线 路仅通过高架层 梁 和梁板混凝土 结构分隔 ，安 全风险极 大 。凶此 ，大跨 度 图1 高架候车室剖面结构示意 一 7l一 钢拱桁架结 构安装方案 既要满足拱桁 架 吊装要求 ，又不 能影 响高架层下部正常的铁路运营。 通过方 案 比选 ，高架 候车室楼 面拱桁架 吊装施 工采 用分段吊装 、中间段空中合龙的技术方案。施工中在分 段处采用临时支撑架 ，高3 2 ． 4 m 临时支撑架的支座落于 高架层混凝 土梁板上 。根据拱桁架 结构受力 和结 构 自身 平面内刚度较大等特征 ，同时考虑现场临时支撑架用量 和提供楼层作业面等因素，在高架候车室顶部拱结构安 装 中，临时支撑架考虑 轮换 使用 ，即安装 四榀 主桁 架及 桁 架 问的次结构完成 时 ，第一榀 主桁 架下部 的临时支撑 架卸载拆 除 ，用于后续安装 ，循环使 用 。此方案难 点在 于如何确保 临时支撑 架的稳定性 、高架层混凝 土结构影 响区域的加固处理 、拱桁架分段吊装及空中合龙形成稳 定体系过程 的安全性和可靠性 。 在整个楼面拱形钢结构的分段吊装巾，高架候车室 顶部钢结构 受力和变形 与设计有较 大不 同。工程 采用计 算机仿真模 拟分析技 术对格构式 临时支撑架使用 的安全 性及拱桁 架 吊装过程 的变形进行 分析 ，对 临时支撑架 的 设置数量 、位置 ，对 拱桁架卸 载前 后 的下挠 变形 、杆件 内应力 的变化进行研 究 ，避免 因分段 吊导致拱桁 架部分 杆件在吊装巾造成破坏。将计算机仿真模拟分析结果用 于指导施T，保证了拱桁架吊装单元在起重吊装 、安装 就位 、卸载等 ，保证了构件形成的内应和变形满足设计 及规范要求 。 3 临时支撑架设计和下部支撑结构加固处理 楼 面 主拱 桁 架 结构 跨 度6 7 m，拱 高 2 2 ． 8 m，弧 长 8 6 m，难 于整榀 吊装 。因此 ，采用 三段 吊装 ，分段位 置 处搭设 临时支撑架 ，在整个结 构 吊装 中所有 质量 由临时 支撑 架承担 ，吊装 结束后 ，通 过设置在 临时支撑架上部 的 E装对结构进行 卸载 。设 置临时支撑架 必须按结构 吊 装要求准确定位 。 1 确定拱桁架钢结构 吊装 的分段位置并安装 支撑架 ，在拱桁架分段位置设立临时支撑架。每榀拱 桁 架 设 置 2 榀 临 时 支撑 架 ，其 最 大 高 度 3 2 ． 4 m。临 时 支撑架 采 用 T厂 制 作 的标 准节 形式 ，外形 截 面尺 寸 为 2 I I l 2 m，弦 杆 为 1 6 8 m m8 mm无缝 钢管 ，腹杆 为 8 9 mm5 mr l l 无缝钢管 ，材质为Q 2 3 5 B 。现场吊装利 用临 时支撑架形成对应位置 的高空操作平 台。 ． 7 2 一 临时支撑架采用 全站仪现场定 位 ，其根 部与梁及梁 板结 构预埋 铁件 焊接 连接 ，并采 用8 N揽风 绳调 整临 时 支撑架 的垂 直度 ，确 保其稳定性 。临时 支撑架 安装就位 后 ，在其 顶部平 台上 安装拱桁架就 位T装设施 ，并采用 全站仪进行精密定位。拱桁架端部吊装单元就位时，对 接 口处设 置连接板 ，采用螺栓 临时连接 。采 用全站仪 复 测 ，误差满足要求后进行对接 口焊接作业 。 2临时支撑架下部结构 的加 固。临时支撑架 承受 荷载较大 ，底部 支座设置在高架层楼面上 ，其 中部分支座 设置在框架柱顶 ，部分支座设置在框架梁上 ，需对梁柱进 行结构加固处理，确保下部结构安全及吊装安全。 T程 中拱 桁 架 间距 为 高架 层 下部 混 凝 土柱 问 距 的 1 ／ 2 。因此 ，部分 临时支撑架除直接落在混凝土柱顶 上以 外 ，部分还落在混凝 土梁上 。落在混凝土柱 顶上 的临时 支撑 架底 部设计 构造 见 图2 。临时支撑 架 落在混凝 土框 架梁 上 时 ，采 用钢管 柱对其 4 根 立杆 落位处 进行点 对点 的加 固处理设计方 案 。临时 支撑架 落在混凝 土梁下部 的 加 同设计结构见 图3 。 图2 落在混凝土柱顶上的临时支撑架底部设计构造 3临时支撑 架安 装完 成后 ，需采 取措施 保 证其 整体稳定性 ，采用揽 风绳 与楼 面托接进行稳定加 同。 工程中临时支撑架最大高度3 2 ． 4 m，为减少临时支 撑架顶部变形和增加稳定性 ，在距其顶部 1 ／ 3 处拉设缆风 绳 。缆风绳 沿楼 面成 5 0。～6 0。 角 ，另一 端 固定在 混凝 土楼 面预埋件上 。临时支撑架顶部采用2 0 工字钢设置 T 装 ，并制作楔形组件用于拱桁架吊装单元就位。 4临时支 撑架 的受力 分析及 检算 。临时 支撑架 ． 二 苎 cH | N E sE R A| | 瑶 s 2 o ’ 4 ／ O 5 图3 临时支撑架落在混凝土梁下部加固设计结构示意 承受的荷载包括其 自重 、上部拱桁架传来的竖向集中力 及水 平推力 。 临时支撑架上 部兼作施 工操作平 台 ，其施 T活荷载为2 k N ／ m 。施工巾拱桁架传递到临时支撑架 上 部 的最大竖 向反 力值为 1 3 8 ． 3 k N 。拱桁架 风载作 用计 算按 沈阳市 1 0 年一遇 基本 风压 tV o 0 ． 4 0 k N ／ m。 进行 设计 检算 。计算 时风压 按桁架 中部 1 5 m的风压高度取 值 ，将风荷 载等效 为线荷载作 川于迎 风面竖杆上 ，并考 虑 风荷 载在 方 向水 平荷 载按 方 向的不利 状况计 算 。 计算 软件采用S A P 2 0 0 0 ，建立桁 架计算模 型。 通 过 仿 真 模 型 对 拱 桁 架 形 进 行 分 析 。 临 时 支 撑 架 在0 ． 9 X 1 ． 2 X恒 载 1 ． 4活 载 0 ． 61 ． 4风荷 载 工 况下 的变形 顶部最 大水 平位移 4 3 1 1 1 m，最 大竖 向位 移4 ． 5 mm 向下 ；满 足钢 结构 安 装精 度 要求 。 桁 架 杆件 应 力 比验 算 临时 支 撑架 杆 件 最大 应 力 比为 0 ． 7 3 2 ，杆 件强 度 和稳定 性满 足 要求 。拱 桁架 整体 稳定 性 验 算 针 对 钢结 构 安装 中 的临 时支 撑 架受 力 状 态进 行分 析 ，按高度 3 4 ． 0 m计算 ，其标 准节承受 最大压 力 为 1 3 8 ． 3 k N，弯矩为2 0 4 0 k N 1 1 1 。构件尺寸选用 标准 件立杆采用 1 6 8 mm8 mm 无缝钢管 ，其他腹杆采用 8 9 m i ／ 1 x 5 mm 无缝钢管；连接法兰板板厚1 6 mm，其 他节点板厚 1 2 m m。 按G B 5 0 1 3 5 --2 0 0 4 高耸结构设计规范 ，对格构 cHl NE s E R A／ L 14 ／AY S 2 0 1 4 ／ 0 5 二 毫 式构 件进行验算 。经检算 ，临时支 撑 架整体稳定性满 足 要求 。 4 拱桁架吊装单元吊点设计及其变形分析 选 取纵 向拱桁架 中 自重最大 、尺度最长 的一榀 吊装 单 元进 行 吊装 变形 验算 。该 吊装单 元采用 4 点 吊装 ，长 度 为3 0 ． 1 5 I n ，吊装质量为 1 3 t 。 吊机 吊钩位置设 置在构 件重 心垂线上 ，吊点绑扎对称 并安装方便 ，吊绳水平 夹 角保持 在4 5 。 ～6 5 。 。主拱桁架 吊装 验算采川MI D A S 计 算 软件 ，建立 拱桁架 吊装单 元就位时 的计 箅模型 。吊装 单 元 的变形 、内力 、应力 比见罔4 。 计箅 结果 表明 ， 吊 装单元 变形满 足安装要求 。 图4 吊装单元的变形 内力 应力比 5 结论 1 通过 计算 机软 件模 拟技术 ，施 丁前 对 吊装 过 程及 临时支撑 架的可行性进 行分析 ，预先模拟 吊装过 程 中拱桁 架受 力杆件 的应力 变化和变形 ，分析临时 支撑架 等构 件 的受 力状 况 ，保 证 了 吊装 方 案 的安全 性及 可 靠 性 ，提高 了效 率 、节约 了工期 ，确保 了T程质量及安 装 精度 。 2沈 阳站高 架候 车室楼 面 大跨度 钢拱桁 架结 构 吊装完 成后 ，针对拱桁架安装 尺寸 、焊 接质量 、变形 等 进行 现场检测 ，其结果满 足规 范设计要求 ，主要部位 的 位移 满足设计要 求 。整体楼 面钢结构 在规定时 间完成 安 装及卸载 ，取得 了 良好 的经 济效益 和社会效益 。 责任编辑葛化一 收稿 日期2 0 1 4 - 0 4 -1 4 ． 7 3