某交通中心鋼屋蓋施工方案比選及施工關鍵技術

丁堅龍,劉粟雨,章一瑜,劉 庭

(浙江精工鋼結構集團有限公司,浙江 紹興 312030)

1 工程概況

1.1 項目概況

重慶東站項目位于重慶市南岸區,總建筑面積約122萬m2。交通中心鋼屋蓋位于整個站房西側端部區域,為高大空間結構(見圖1),中間高兩邊低,屋蓋最高點標高46.000m(見圖2),最低處結構標高約37.500m,最大離地高度達57m,屋蓋結構最大跨度達72m。屋蓋采用正交立體桁架,由柱頂桁架、主桁架、次桁架和天窗桁架組成。主桁架及天窗桁架呈曲面造型,多為空間彎弧構件。鋼屋蓋下部支撐采用樹形柱、樹杈柱及圓管直柱(見圖3),支撐體系形式多樣,造型復雜。

圖1 交通中心鋼屋蓋三維效果Fig.1 Three-dimensional effect of traffic center steel roof

圖2 交通中心鋼屋蓋剖面(單位：m)Fig.2 Steel roof profile of traffic center(unit：m)

圖3 交通中心鋼屋蓋支撐柱示意Fig.3 Steel roof support column of traffic center

1.2 復雜施工條件

1.2.1土建結構對鋼屋蓋施工制約影響大

1)交通中心區域下部樓層多、進深大、空間關系復雜(見圖4),3層樓面設計有大面積洞口,4～6層結構分兩側獨立布置,且不規則地向兩側縮進。材料、吊裝機械上樓面施工難度極大。

圖4 交通中心下部土建結構軸測圖Fig.4 Axonometric drawing of civil structure at the lower of traffic center

2)緊靠交通中心南、北兩側為2棟多層鐵路綜合開發房(西南樓及西北樓),其相應樓層對鋼屋蓋施工投影作業面存在干涉。

1.2.2地形條件復雜

交通中心區域地勢高差大,結構±0.000層與實際施工地面高差達11m,西側緊鄰規劃市政道路。

1.2.3專業交叉影響多

土建主體作業面移交時間直接影響鋼結構工期,同時鋼結構與屋面、幕墻、吊頂等專業相互關聯、相互制約、工作界面交接多。

2 施工方案比選

2.1 樓面拼裝累積提升(提升方案)

2.1.1方案概述

交通中心鋼屋蓋整體分為3個提升分區：1-1區、1-2區和1-3區(見圖5)。1-1區在出站層中間區域樓面上搭設支撐胎架(胎架搭設高度8～19m)進行拼裝(見圖6);1-2區和1-3區位于交通換乘中心5,6層樓板上拼裝(胎架搭設高度7～17m)。1-1區第1次提升15.5m后與1-2區和1-3區對接成整體(見圖7),然后進行第2次提升23.5m直至設計標高(見圖8),再在對應下方樓板上進行下部C形柱的補裝和后施工桿件的補桿作業,最后拆除提升工裝、整體卸載。

圖5 提升分區Fig.5 Lifting partition

圖6 鋼屋蓋分區樓面拼裝示意Fig.6 Floor assembly of steel roof partition

圖7 1-1區首次提升示意Fig.7 The first lifting of area 1-1

圖8 鋼屋蓋整體提升示意Fig.8 Overall lifting of steel roof

2.1.2提升施工條件

1)由于1-2區、1-3區需在樓面進行拼裝作業,樓板承載力有限,為滿足50t汽車式起重機行走及吊裝需求,需保留交通換乘中心5層下部腳手架。

2)屋蓋拼裝部分支撐胎架需落至綜合開發房屋西南樓及西北樓7層樓面,需溝通協調與其他單位標段間的干涉影響。

3)提升施工需大量材料、機械上樓面作業,在交通中心西側設置棧橋作為機械上料及上樓面通道。

2.2 累積滑移+局部原位吊裝(滑移方案)

2.2.1方案概述

圖9 交通中心鋼屋蓋施工分區Fig.9 Construction division of traffic center steel roof

圖10 滑移施工平面Fig.10 Sliding construction plan

2.2.2滑移施工條件

2)結構西側因鄰近規劃的市政道路,若存在施工干涉,需協調。

2.3 方案對比分析

1)滑移方案機械投入型號大,提升方案機械數量多且需大量倒運機械,總體機械費用接近。

2)對于現場施工工藝措施的投入,提升方案比滑移方案多約700t,且提升架高度達40～65m,安拆工作量大,安拆難度較大,對保障整體工期不利。

3)滑移施工可在下部主體樓層結構施工階段提前穿插,較提升方案可有效縮短施工工期。

4)提升方案作業面廣,對現場影響區域面大;提升單元5,6層樓面的材料均需利用起重機逐層倒運,施工效率低,組織難度大,工期保障難。

5)提升方案對整體混凝土結構的影響面大,加固范圍大。對于鋼屋蓋原結構加固而言,滑移方案加固量多于提升方案。

6)鋼屋蓋采用提升方案時,南、北兩側懸挑部分結構投影面位于鐵路綜合開發房(西南樓及西北樓)區域,提升單元拼裝時支撐胎架落在開發房樓面,需協調相關標段進行施工配合及進行承載力驗算與加固,協調工作較復雜。

綜合對比分析可知,在方案可行性和機械投入方面兩者結果相近。然而提升方案作業面廣、影響區域多,同時提升措施投入量大,在經濟性、工期保證和協調組織上不及滑移方案,因此交通中心鋼屋蓋選用滑移方案更合理可行。

3 鋼屋蓋滑移施工關鍵技術

3.1 滑移軌道和拼裝平臺設計

1)滑移支撐體系及滑移軌道設計

滑移軌道及臨時支撐體系由格構式支撐架、承軌桁架、連系梁、轉換鋼梁組成。格構式支撐架高24～57m,其中57m高支撐架規格為3m×3m,其余支撐架規格為2.5m×2.5m?；栖壍啦捎谜氰旒芙Y構,高3m、寬2.5m,上弦桿規格均為H400×350×12×16,腹桿規格為 □120×5,□160×6,下弦桿規格為□200×7,材質均為Q355B。

在支撐架頂部垂直滑軌方向拉設纜風繩以保證滑移架整體側向穩定,纜風繩直徑為20mm,抗拉強度為1 670MPa,兩側纜風繩通過埋件固定在兩側混凝土結構上?；浦误w系驗算結果如圖11所示。支撐體系頂部產生最大水平變形為30.5mm<40mm,滿足規范要求;承軌鋼梁最大豎向位移為16.68mm<18 604/600=31.0mm,滿足規范及施工精度要求。支撐架桿件最大應力比為0.87<0.9,均滿足承載力要求。

圖11 滑移支撐體系驗算結果Fig.11 Calculation results of sliding support system

2)拼裝平臺設計

拼裝平臺由立體桁架及平面桁架組合而成,與滑移支撐體系相連形成整體平臺,設置在整個滑移體系端部。拼裝平臺尺寸為234m(長)×20.5m(寬)×2.5m(高),平臺四周設置防護欄桿。平臺結構桿件采用箱形管,弦桿規格為□160×5,□140×5,腹桿規格為□100×5,材質均為Q355B。平臺上部滿鋪成品板形成施工作業面。

拼裝平臺驗算結果如圖12所示。標準組合包絡下,平臺結構豎向位移最大值為45.7mm,出現在懸挑位置,平臺懸挑長度為8.75m,根據JGJ 7—2010《空間網格結構技術規程》,懸挑立體桁架端部撓度限制為L/125=8 750/125=70mm>45.7mm,滿足要求。結構在基本組合下桿件最大應力比為0.86<1,滿足規范要求。

圖12 拼裝平臺驗算結果Fig.12 Calculation results of assembly platform

3.2 滑移單元劃分和滑移點設置

1)滑移單元劃分 滑移區分為5個滑移單元(見圖13),單個滑移單元寬度為12～17.5m。

圖13 滑移單元劃分平面Fig.13 Plan division of sliding unit

2)滑移點設置 結構滑移共設置19個頂推點,每個頂推點布置1臺YS-PJ-50型液壓頂推器,在每條軌道上布置。單臺YS-PJ-50型液壓頂推器額定頂推驅動力為500kN,則頂推點總推力設計值為500×19=9 500kN>2 850kN,安全富裕度為：α=9 500/2 850=3.3>1.25。

根據以往施工經驗及設計數據,液壓頂推器采用以上安全富裕度系數進行配置完全符合要求,能夠滿足滑移施工要求?；ピO置在滑移單元中與軌道相交桁架下弦桿上,共44個?；ゼ绊斖泣c布置如圖14所示。

圖14 滑靴及頂推點布置Fig.14 Layout of slippers and jacking points

3.3 滑移施工對原結構的加固措施

由于屋蓋桁架結構為非常規的通長縱橫交錯桁架,因此頂推點設置存在偏心于節點的情況?；茣r,為避免頂推受力桿件出現折彎,采取設置臨時加固桿件的方式,通過臨時加固桿件將力傳遞至節點上,提高滑移結構整體剛度,臨時桿件規格為φ180×5,φ203×8,如圖15所示。臨時桁架加固如圖16所示。

圖15 臨時加固桿件Fig.15 Reinforcement measures of temporary bar

圖16 臨時桁架加固示意Fig.16 Reinforcement of temporary truss

由于滑移單元末端位于樹形柱頂部天窗,結構設置的橫向桁架不連續,存在懸挑的C形桁架,因此設置臨時平面桁架,控制滑移時因懸挑過大產生的結構形變。

3.4 屋蓋結構卸載

滑移區滑移就位完成補桿、吊裝區結構安裝就位且鋼屋蓋結構成型后進行卸載。交通中心屋蓋結構整體從中間向兩側進行分批卸載,每批進行分級卸載,每級卸載量≤20mm(見圖17)。卸載過程屋蓋豎向位移計算分析如圖18所示。

圖17 滑移分區各滑靴支撐點卸載量Fig.17 Unloading amount of each slipper support point in sliding zone

圖18 卸載過程屋蓋豎向位移計算分析(單位：mm)Fig.18 Vertical displacement calculation and analysis of roof in the unloading process(unit： mm)

4 結語

本文對重慶東站交通中心鋼屋蓋施工方案選擇進行了對比分析,并對相關施工關鍵技術進行介紹。結合鋼屋蓋本身結構特點及交通中心屋蓋下部土建結構及周邊條件情況,通過兩種方案的對比分析,綜合考慮采用累積滑移施工技術投入措施量少,作業面影響區域少;同時鋼屋蓋可提前穿插施工,有效縮短施工工期,實現屋蓋主體結構提前封頂。