大跨度异形钢网架整体吊装施工技术

于洋

（东水西调建设局,辽宁 沈阳 112003）

1 工程概况

目前，国内地铁站工程大多设计为地上高架钢结构。整体结构为“站桥合一”框架结构。文中对轻轨车站网架结构进行初步设计：纵向12跨11×9.4+12.6=116 m，横向3跨2×18=36 m。首层为架空层，设置车站的出入口；二层为站厅层，三层为站台层。跨度为17.20 m，柱距为9.6 m、12.8 m，承重结构为两端铰支拱形钢架。

2 施工工艺

2.1 施工思路及程序

1）站房结构施工思路。站房结构屋盖的中间部分为管桁架结构，两侧、两端均为焊接球网架结构。管桁架采用2台50 t履带吊双机抬吊吊装，其拼装在高架层的楼面进行。14，17轴纵向桁架采用2台80 t履带吊双机抬吊，14，17轴外悬挑桁架采用1台50 t履带吊进行分段吊装。6～14轴、17～23轴为焊接球网架结构，采用50 t履带吊分块吊装方案。

2）站房结构施工流程。站房两端从外向内同时施工，采用80 t履带吊吊装钢柱，其中6，23轴钢柱分两段吊装，14轴～17轴钢柱分三段吊装；采用80 t履带吊双机抬吊，吊装14轴～17轴纵向轴线间分块单元；2台50 t履带吊装14轴～17轴间网架分块单元；6台吊机并排施工，分块吊装屋面单元；A区吊装完成，同时C区完成，最后完成中间B区屋盖吊装。

2.2 钢柱吊装方案研究

1）钢管柱安装思路。钢管柱吊装时，柱脚部分在基础位面采用塔吊或50 t汽车吊，第二段钢管柱采用80 t履带吊在站台层吊装，高架层以上的钢柱在高架层楼面上吊装，与屋盖网架连接的最高处钢管柱，吊装前需在现场焊接柱头部分，便于后续与桁架、网架的对接作业。

2）钢管柱吊装技术。预埋件施工：该工程预埋件主要为钢管混凝土柱底预埋件，柱底预埋件施工是该工程的重点。柱脚段为柱底基础至站台层1.4 m处，长4.0 m，重7.1 t。预埋件安装时首先根据原始轴线控制点、标高控制点进行现场加密措施，测量放线后进行地脚螺栓固定架的布设。在地脚螺栓安装完成后，随时进行校正偏差的检查。之后进行柱脚段钢柱的安装，该工程钢柱截面形式大部分为圆钢柱，采用汽车吊安装。

第一节钢柱吊装：复测预埋件后，按标高调整螺栓，将钢柱安装就位。钢柱吊点位置的设置主要考虑稳定性，并且要避免钢构件的变形，一般吊点位置设置在钢柱顶部，直接采用临时连接板。

上部钢柱吊装：上部钢柱吊装与第一节钢柱吊装的主要区别，在于柱脚连接固定方式的差别。上部钢柱吊装完成后要控制与第一段钢柱中心线的吻合情况，应整体考虑钢柱的垂直度，并随时进行校准、复核，以便进行下一段钢柱的吊装。

2.3 屋盖桁架吊装方案研究

1）屋盖桁架施工参数，屋盖管桁架施工参数见表1。

表1 屋盖桁架参数

2）桁架现场拼装流程。现场拼装主要将运输至现场的散件拼装成为可吊装的单元。由于该工程屋面桁架构件均以散件形式发至现场，再进行现场拼装、焊接，导致工作量巨大。因此，现场的拼装进度、精确度均对整个工程能否顺利完工产生直接的影响。为此，在对桁架现场拼装技术进行详细分析后，确定拼装工序的关键点。

拼装胎具：拼装台架必须满足强度和稳定性要求。由于桁架截面尺寸大，需同时设置侧向支持以保证桁架稳定，相邻两组台架需用角钢连接以保证拼装的整体精度。

拼装顺序：拼装原则上按照由主管道腹杆的顺作进行，该工程中屋盖桁架节点支管繁杂，需根据结构受力特点、是否具有可操作性等。首先布设胎架，测量仪，按照下弦杆、上弦杆、腹杆的顺序定位中间部分及两侧，完成倒三角桁架的拼装。

3）双机抬吊技术。桁架最重为18.9 t，因此，选取2台50 t履带吊可满足吊装需要。高架层吊机行驶通道上铺设路基箱，下设置加密钢管支撑，履带吊分别站位于14轴、17轴内侧；桁架上弦予每台吊机设4个吊点；正式起吊前进行试吊确认协调性、安全性；正式起吊后，严格控制两台吊机的提升速度，尽量避免吊装过程的中断。

4）桁架对接技术。与柱头已安装结构对接是，通过连接耳板对桁架临时固定。

2.4屋盖焊接球网架分块吊装方案研究

站房屋盖钢结构除了中央区域采取管桁架结构外，其余均为焊接球网架结构。焊接球网架结构的安装采取分块吊装的方案。

网架结构共分为16个区域进行施工，其中，站房两端的WJ1，WJ2，WJ3，WJ4，WJ5，WJ6共6个区域，采用搭设满堂脚手架吊装网架的方式施工，站房两侧高架通廊WJ7～WJ16则采用分块累积提升方案施工。

1）散拼脚手架吊装网架施工验算，脚手架设计基本参数见表2。

表2 脚手架设计基本参数表

脚手架稳定性验算参数见表3。

表3 脚手架稳定性验算荷载计算参数表

纵向支撑钢管验算。脚手板及网架自重标准值：qGK=2.85×0.3=0.855 kN/m；活荷载为施工荷载标准值：qQK=2.0×0.3=0.6 kN/m。

强度验算：纵向钢管最大弯矩计算简图见图3（均考虑最不利荷载布设情况）。

图2 最大弯矩计算简图

纵向钢管抗压强度按式（1）计算。

其中，M为最大弯矩，按式（2）计算。

W为抗弯截面系数，按式（3）计算。

均布荷载：qG=1.2qGK=1.026 kN/m；均布活载：qQ=1.4qQK=0.84 kN/m。

由此可得，最大弯矩M=0.452 kN·m；抗弯截面系数W=5.078×103mm3。

最终得到纵向钢管抗压强度σ=89 N/mm2＜［f］=215 N/mm2，因此，纵向钢管的抗压强度满足设计要求。

挠度验算：最大挠度计算时，按照三跨连续静荷载与活载布置最不利情况考虑。

图3 最大挠度计算简图

结构最大容许挠度［v］=1/150或10 mm。最大挠度计算按式（4）。

计算得到最大挠度值v=1.4 mm＜［v］，由此可知，纵向支撑钢管的最大挠度值满足设计要求。

2）横向支撑钢管验算。横向支撑钢管按照集中荷载作用下三跨连续梁进行计算。集中荷载值取为脚手架操作平台底部纵向支撑钢管的最大传递力，按式（5）计算。

计算得到P=3.2 kN。

通过MIDAS Gen软件计算横向支撑钢管的弯矩、变形、斜撑内力。

图4 横向支撑钢管变形图

强度验算：根据式（1）并结合弯矩最大值M=199.2 N·m，计算得到：由此可得，横向钢管的抗压强度满足设计要求。

挠度验算：横向支撑钢管的最大挠度发生在边跨处。

υ=0.2 mm＜[v]，因此可以判定，横向支撑钢管的挠度值满足设计要求。

3）分块累积提升施工技术。工程屋面钢结构网架整体提升，包括A，B，C区部分屋面钢网架结构。

根据钢网架下部结构布置特点，将各提升区部分划分为3个提升单元，采用分块累积提升的安装方式，其中单元1为二级屋面，单元2，3为三级屋面。

提升单元1在提升位置下整体拼装完成后，在纵向14轴、17轴，横向Q轴、N轴处设置提升吊点，并利用结构钢管柱设置提升平台，即为上吊点；在提升平台上设置液压泵、液压提升器、传感器、钢绞线等液压提升系统后，在拼装完成后的网架提升单元与上吊点对应位置处，安装包临时球，即为下吊点；测试液压提升系统，采用分级加载进行预加载，直至网架结构脱离胎架并提升至一定高度，空中停留、静置4～12 h，检查作业流程是否正常，正常情况下可继续提升；单元1提升至指定高度后，暂停工作，在纵向6轴、23轴，横向Q轴、N轴处设置提升吊点，重复设置上吊点、下吊点的工作，提升单元2，3，并与单元1进行对接；将三单元整体提升至指定高度后，安装后装杆件，并逐级卸载提升系统，转移结构荷载至刚管柱；确保安全后，拆除提升系统等临时设施，完成A区网架的提升。

3 结语

通过对该工程主体钢结构的施工方案进行细致的研究，按照施工方式将其划分为3部分。中央桁架采用现场拼装，双机抬吊方案施工；站房两端焊接球网架结构采用满堂脚手架吊装施工，利用MIDAS软件对脚手架的搭设进行了模拟计算，证明了双机抬吊、满堂脚手架吊装、分块累积提升施工等技术对于此类钢结构施工的安全性，为类似结构确定施工方案提供可靠依据，对同类工程具有借鉴作用。

［1］张秀玉，等.整体滑移式脚手架架设高空大跨度钢网架施工技术［J］.铁道标准设计，2010（7）：124-127.

［2］杨国松，吴文平，等.成都双流国际机场T2航站楼钢结构滑移施工技术［J］.施工技术，2014，42（20）：54-57.

［3］窦勇芝，向宝城，韦福堂，等.大吨位钢结构模块整体提升及滑移安装关键设计和施工技术［J］.预应力技术，2013，03.

［4］吴杏弟.大跨度管桁架结构累积滑移法安装关键技术及应用［D］.中国建筑学会建筑施工分会、中国工程机械工业协会施工机械化分会2014年会论文集.2014，11.