高铁站房大跨度钢结构网架施工技术研究

张建林

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030006）

0 引言

新建川南城际铁路自贡至宜宾线宜宾站站房项目候车大厅屋面结构采用钢结构网架形式，钢结构含量1607t；网架面积21300m2；网架距离候车厅结构楼板高度18.5m。钢结构网架施工是本工程施工管理重难点，如何在保证安全、质量的前提下快速实现网架安装，对以后类似工程钢结构网架施工技术研究具有一定的指导意义[1]。宜宾站效果如图1 所示。

图1 宜宾站效果

1 工程概况

新建川南城际铁路自贡至宜宾线宜宾站站房及相关工程为渝昆高铁与自宜铁路的共用站房，站房分为西侧式站房+高架站房+东侧式站房3 个部分，站房总建筑面积47064m2，建筑高度34.55m。

站房屋盖网架结构采用四角锥焊接球网架结构，设置结构缝分为东站房、西站房和高架站房屋盖钢结构。东站房屋盖平面尺寸约185m×33m，最大跨度63m，最大矢高4m；高架站房屋盖平面尺寸约110m×124m，最大跨度63m，最大矢高5m。西站房屋盖平面尺寸约193m×48m，最大跨度81m，最大矢高10m。

2 施工总体安排

本项目屋盖网架跨度最大达到81m，两侧土建结构多处有夹层楼板，空间有限，大型设备难以就位吊装，根据工期安排2 个月内必须完成网架吊装，结合现场条件，通过多方案比较，拟定高空散装与分块提升相结合的施工总体思路。

有夹层位置在楼面上搭设满堂脚手架进行高空散装，中间区域网架则在9.45m 标高楼面上进行拼装，待两侧结构安装完毕后，在9.45m 标高平台上设置门式提升架，按照天窗孔洞位置划分提升单元进行分区液压提升，待提升到设计标高后再与两侧拼装架体补杆进行连接。图2 为网架施工示意图。

图2 网架施工示意图

3 施工准备

3.1 机械准备

本项目网架提升主要使用的机械设备为液压提升器、液压泵、同步系统[2]。

3.1.1 液压提升器

根据网架重量计算，提升器主要为TLJ-600 型提升器，额定提升能力为600kN；提升器安全系数不小于1.25。根据每一个吊点荷载配置提升器。表1 为提升器及钢绞线选型。

表1 提升器及钢绞线选型

3.1.2 液压泵原系统

动力系统由TL-HPS-60 型液压泵源系统（为提升器提供液压动力）及电气控制系统组成，每台泵站有两个单泵（独立工作），每个单泵能够驱动四台提升器，一台泵站能够驱动8 台提升器共同作业。

3.1.3 同步系统

计算机控制液压同步提升技术的设备主要采用计算机控制，能够全自动完成同步升降、实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能，是一种集机、电、液、传感器、计算机和控制技术于一体的现代化先进设备。

3.2 材料准备

提升所用钢绞线直径为17.8mm，钢绞线安全系数不小于2，根据荷载计算，每个提升点钢绞线数量均设置2 根。单根钢绞线最大承载力为355kN。

4 理论计算

为验证方案的可行性，根据设计建立网架线性模型，采用有限元软件进行了计算，主要计算结构的最大下挠量、网架应力比、最大提升反力、最小屈曲系数等[3]。计算结果如下。

4.1 网架分片受力计算

表2为网架分片受力计算。

表2 网架分片受力计算

4.2 提升平台受力计算

表3为提升平台受力计算。

表3 提升平台受力计算

5 实施方案

5.1 架体拼装

网架架体拼装分为两部分，高空散装与分块提升。两者区别在于高空散装施工区域为夹层部位，需在搭设好的脚手架平台上进行网架拼装，而分块提升区域网架拼装则是直接在混凝土结构板上进行拼装，拼装完成后需通过提升架提升至设计标高，下面以分块提升方案做重点介绍[3-4]。

5.2 提升架安装

提升架立柱为4 根Q235B φ140 钢管；斜支撑为Q235B，规格为L50mm×5mm 的角钢，其余连接板均为Q235B 钢板；平面尺寸1.7m×1.7m。提升架顶采用热轧H 型钢HW300mm×300mm×10mm×15mm 作为胎帽，采用双拼热轧H 型钢HN500mm×200mm×10mm×16mm作为底座梁，采用双拼热轧H 型钢HN500mm×200mm×10mm×16mm 作为提升梁，胎帽、底座梁和提升梁均为Q355 材质。提升架高度18m，满足提升17.5m 的要求。

5.3 提升器安装

提升器放置在提升架的提升钢梁上部，钢绞线穿过提升器与下部提升点连接。检查液压泵站、控制系统、液压提升器各类编号是否对应；检查锚具液压缸松、紧动作是否正确。图3 为节点1，图4 为节点2。

图3 节点1

图4 节点2

5.4 网架提升

（1）分级加载。对网架钢结构单元进行试提升检验，缓慢分级加载，依次增加。在检查各部分无异常的情况下，加载到100%直到网架结构全部脱离拼装胎架。

（2）结构离地检查。网架提升单元离开拼装胎架500mm 后，液压提升系统设备锁定，空中停留12h，组织进行全面检查，各项检查合格再正式提升。

（3）整体提升。整体提升过程中，提升器每次行程为250mm，整体提升速度约5m/h。结构在提升至设计位置后暂停；对各吊点进行微调，使主网架各层弦杆精确到达设计位置。该过程为提升关键工序，需严格控制好各吊点提升加载力。

5.5 网架补杆

暂停液压提升系统设备工作，提升部分网架与原位拼装部分网架需迅速补杆连接，焊接成为整体受力体系，所有焊缝经探伤合格后方可进行下一步卸载。

5.6 卸载

首先按计算的提升载荷为基准，所有吊点同时下降卸载10%；在此过程中会出现卸载速度较快的点将载荷转移到卸载速度较慢的点上，以至个别点超载。因此，需要进行调整泵站的频率，使下降速度放慢，并监控计算机控制系统中的压力和位移值。按照以上动作反复操作，直至钢绞线彻底松弛。

5.7 变形监测

提升过程中，对钢结构关键部位构件应力、位移情况进行监测结构的应力应变情况，可以确保结构的安全性，有助于对结构性态进行详细的分析和诊断。

经分析，钢结构网架施工阶段，测点最大拉应力为72.5MPa，最大压应力分79.5MPa，竖向位移变化最大为32mm，均符合设计要求。

6 注意事项

本项目钢结构网架提升施工内容为超危工程，项目前期就本方案与设计院进行了多次沟通，对提升架下部结构梁进行了加强处理；同时项目组织有关专家对本方案进行了专家论证，方案通过专家论证，得到了建设单位、设计单位及监理单位的一致认可[5]。

网架提升前期项目对本项施工涉及的管理人员、施作人员进行了详细的交底，同时对施工安全措施进行了周详的考虑和落实，所有特种人员均持有特殊工种证。

网架补杆焊接过程中需对提升钢绞线进行有效保护，防止焊渣飞溅，对钢绞线造成破坏。

7 结语

本工程为新建高铁站房候车大厅大跨度钢结构网架工程，针对现场空间极其有限，大型设备难以就位吊装，时间紧、任务重等情况，通过研究摸索，创新了高铁站房大跨度钢结构网架施工技术，解决了安装难题。采用该技术取得了良好的效果，保证了工期、质量和安全目标，取得了良好的社会和经济效益。本技术对有限作业场地、大跨度站房钢结构施工、其他公建钢结构施工均有借鉴和广泛推广应用价值。