跨地裂缝大跨度球形网架钢结构屋盖整体提升施工技术

跨地裂缝大跨度球形网架钢结构屋盖整体提升施工技术

于建忠

中铁建工集团有限公司西北分公司 陕西西安 710119

摘要：进入21世纪后，国内建筑行业发展迅速，各类造型新颖、体量巨大、结构复杂的大型建筑出现，同时面对不同地质条件制约和影响，原有的施工方式，很难满足新世纪的施工要求，大跨度钢结构施工方式也随着计算机技术的发展与应用，发展出更加智能的计算机控制液压整体同步提升技术，同时在地裂缝不良地质影响下，相较于传统整体提升大跨度网架来说，跨地裂缝造成的异型结构及施工组织更加复杂，更考验施工技术及科学组织。研究该课题对于其他可能遇到类似不良条件的大空间球形网架整体提升施工技术将有着更加完善的补充，同时也可供其他项目进行借鉴。

关键词：跨地裂缝；大跨度球形网架；钢结构；整体提升技术

1工程简介

西安站改工程新建北站房及高架候车厅75507平方米（含北站房地下车库），既有南站房改造，改造面积22319平方米。西安f3地裂缝斜向穿越既有西安车场，其走向基本为西南—东北走向，地裂缝影响范围内沿地裂缝走向设置一道结构变形缝，将西安站高架站房分为上盘（B—1区）、下盘（B—2区）两个单独的结构单元，B—2区与北站房主体结构连为整体，与B—1区之间采用简支钢绗架（B—3区）进行连接，简支钢桁架一端铰接，一端采用可调节滑动支座，以适应地裂缝的蠕动变形。为最大程度抵消地裂缝对屋盖等结构影响，北站房及高架站房钢结构大跨度球形网架结构沿地裂缝进行了柔性处理，对于整体施工措施及施工方式产生了较大的制约和影响。

高架候车室屋面球型网架工程，在南北分期建设及斜跨地裂缝等不利环境影响下，通过技术攻关，创新采用了跨地裂缝整体提升安装方式，在满足安装精度及质量要求的情况下，极大的缩短了施工工期，也为西安站改南高架从拆迁、桩基到施工通车4个月时间的建工速度，打下了坚实基础。

2施工重点

主要针对跨地裂缝等天然条件制约下的大跨度球形网架钢结构屋盖，对结构造型及常规施工措施均产生不利影响条件下，如何通过该技术对大跨度球形网架钢结构屋盖进行合理布置及科学组织，完成大跨度球形网架钢结构屋盖的整体提升，安全、快速且高质量的实现工期及经济双重效益。

3跨地裂缝大跨度球形网架钢结构屋盖整体提升施工技术研究

屋面拱形大跨度跨地裂缝网架钢结构，现场由于场地狭小且存在地裂缝斜穿场内，对于施工分段及抵抗地裂缝蠕变对大跨度球形网架结构产生影响的措施较为复杂，构件截面大，杆件较多，精度要求高，工期短，同时施工时要求不影响铁路既有线路正常运营，因此在制定安装方案时，考虑现场场地情况，方案实施条件，以及工期、经济型、安全性等多方面考虑，尽可能采用经济有效的安装方案。

图3-1 屋盖钢结构示意图

3.1 方案选择

3.1.1 A-1区原位吊装施工

A-1原位吊装区先完成支撑架及单管撑的布置；水平向网架自西向东吊装施工，竖向网架自北向南施工；机械设备主要为履带吊和汽车吊。

图3-2 A-1区原位吊装示意图

3.1.2 A-1提升区施工

A-1a在一层楼面进行拼装，A-1b在二层楼面进行拼装，A-1a拼装完成后，通过二层楼面设置的临时提升架提升到二层楼面高度，A-1a与A-1b通过分块间后补杆件形成整体（粉红色区域）。拆除二层楼面临时提升架，对A-1a与A-1b形成的整体网架进行二次提升，提升至设计高度后与原位吊装区间完成补杆。

A-1b

A-1a

图3-3 A-1a、A-1b区提升施工示意图

3.1.3 B-2区提升施工

B-2区采用原位吊装与提升相结合的方式进行施工。在9.77m标高楼面拼装，提升区面积约2700㎡（含屋面檩条），提升高度17.4m。提升区与原位吊装区间与土建结构相干涉的杆件等提升区到位后进行后补。

B-2

图3-4 B-2区提升点布置示意图

3.1.4 B-3和B1区提升施工

B-3和B1区在9.77m标高楼面拼装。B3区提升面积2300㎡（含屋面檩条），B1区提升面积3300㎡（含屋面檩条），提升高度17.4m。

B1

B-3

图3-5 B-3和B1区提升点布置示意图

3.1.5 B-1、B-2、B-3吊装区施工

吊装区主要位于结构东西两侧，如下图所示分为7个吊装区域，分别采用塔吊和履带吊进行分块吊装。

图3-6 吊装施工分区示意图

3.1.6 屋盖施工顺序

北站房屋盖施工顺序：A-3区域与A-1区屋盖钢结构同步施工。机械设备主要为现场的两台TC8039塔吊。

高架候车室西侧屋盖施工顺序：由G轴线向南北两侧同时展开吊装。G轴线以北采用TC8039塔吊吊装，G轴线以南采用260t履带吊分块吊装。

高架候车室东侧屋盖施工顺序：B-2、B-3区网架通过塔吊进行分块吊装。B-1区塔吊覆盖区域由塔吊进行分块吊装，塔吊盲区由10m层楼面的50t汽车吊进行散件吊装。B-2区塔吊洞口处杆件等塔吊拆除后采用50t汽车吊补装。

3.2 方案实施

3.2.1 工艺原理

1、球形网架在施工现场拼装成提升单元，为确保桁架拼装质量，必须整体放样、下料、制作胎架，

2、通过受力计算选择合适的受力吊点，使用钢绞线与提升油缸连接，利用计算机控制所有提升油缸的统一动作，将构件提升至设计位置，确保安装精度。

3.2.2工艺流程及操作要点

1、跨地裂缝大跨度球形网架钢结构屋盖整体提升施工流程

测量放线→胎架搭设→球形网架地面拼装→提升设备安装→整体提升→卸载→设备拆除

2、操作要点

（1） 测量放线

在拼装平台左右两侧分别布设三个以上的测量控制点，形成一个闭合控制网。并在网架中心线一侧设置永久坐标原定（0；0；0），利用电脑三维放样计算各杆件的空间坐标（X；Y；Z），使用全站仪进行实测投点，通过与电脑模型的理论数据核对进行控制。

（2） 胎架搭设

根据钢结构设计图纸，使用PKPM分析软件建模计算后，胎架搭设钢柱采用截面为HW125×125×6.5×9mm，钢梁采用C180×68×7×10.5mm，材质Q235B。连接方式采用焊接。利用25吨汽车吊进行搭设。

（3） 球形网架地面拼装

1）利用汽车吊在已搭设完成的胎架上进行网架拼装，按照下弦钢球→下弦杆→上弦钢球→斜腹杆→上弦杆的顺序进行施工。

2）构件进场后，应根据深化图纸对构件外形尺寸进行验收，误差控制在允许范围内。

3）所有杆件预拼装完成后，利用全站仪对其进行空间位置测量，满足图纸要求后，再进行焊缝满焊，全部完成，按规范进行焊缝检测。

（4） 提升设备安装

1）提升横梁采用箱形截面共分为两种，其中B400X14对应提升器型号YS-SJ-180， B300X12对应其他提升器型号，材质均Q345。

2）提升支架设置在原结构支座柱头上。此类设计可避免过多的改动原结构受力体系。每个提升支架上设置一台液压提升器。提升支架与混凝土结构进行连接固定。

3）下吊点设置在对应的提升单元焊接球上，液压提升器利用固定板安装在提升平台上，每台提升器需要各四块临时固定板和锚环固定板。

图3-7 跨地裂缝屋盖钢结构提升点布置图

图3-8 提升下吊点示意图

图3-9 提升器临时固定板详图 图3-10 专用锚环固定板详图

4）在液压提升器提升或下降过程中，其顶部必须预留长出的钢绞线。多余的钢绞线可沿提升平台自由向后、向下疏导。

导向架制作材料选用P48×2.5圆管，现场制作如替换材料则需保证不低于原材料的力学性能。

图3-11 导向架详图

（5）整体提升

1）吊点设置

每个提升器处各设一组传感器，用来监测提升过程中的提升位移同步性。电脑主机根据传感器的监测信息实时反馈做出调整，控制整个提升过程的同步性。

2）提升分级加载

a、通过试提升，确认符合提升的具体条件，保证提升过程的安全。

b、以电脑模拟的各吊点反力值为依据，对钢屋盖结构单元进行试提升，各处的压力缓慢增加，自20%开始，每次增加20%，直到达到80%；在确认各部分无异常的情况下，则继续以每次5%的力值递增加载到100％，至钢屋盖结构全部提起。在此过程中，每一步分级加载完毕，均应暂停并检查，一切正常情况下，继续下一步分级加载。

3）结构离地检查

钢屋盖结构单元离开拼装胎架约0.2m后，锁定提升系统作全面检查，并将检查结果以书面形式报告现场总指挥，各项检查正常无误，再进行正式提升。

4）姿态检测调整

用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差。通过液压提升系统设备调整各吊点高度，使钢屋盖结构达到水平姿态。

5）整体同步提升

以调整后的各吊点高度为起始位置，复位位移传感器。在钢屋盖结构整体提升过程中，保持提升状态平稳直至设计标高附近。

6）提升过程的微调

钢屋盖结构在提升过程中需要进行高度微调。在微调开始前，将计算机同步控制系统由自动模式切换成手动模式。按需对整个液压提升系统各个吊点进行同步微动，或对单台提升器进行微整。

7）提升就位

a、钢屋盖结构提升至设计位置后暂停；各吊点微调使网架精确提升到达设计位置；暂停提升系统设备，保持钢屋盖结构单元的空中姿态，由于土建框架柱梁与支座处杆件在提升到位前有冲突，考虑到这种情况，网架端部部分杆件需要提升到位后方能安装，补杆结束后，形成整体稳定的结构受力体系。

b、提升系统设备同步卸载，至提升线缆完全松弛；拆除提升设备及临时防护，完成整体提升安装作业。

3.2.3跨地裂缝高架站房屋面网架吊装步骤

结束语：

西安站改扩建工程，钢结构屋盖共3900吨，采用跨地裂缝大跨度球形网架钢结构屋盖整体提升施工工艺，该工艺经济合理，能安全高效且确保质量的完成施工任务，社会效益显著，节约资源。相较传统施工工艺，减少了异型部位115m*22m*18m原位拼装操作架的搭设及拆除工序，减少了网架施工对客站后续装修施工场地的影响，有效提高了施工效率和工期，施工的质量均应满足图纸及相关验收规范要求，保证一次性验收合格，达到精品工程的要求，采用本技术施工不需要大型吊装机械，对主体混凝土结构施工影响较小，不需搭设满堂脚手架操作平台，节约了大量的搭拆及租赁脚手架的费用；大大加快了工程施工进度，缩短工程工期，工程质量容易保证，施工安全性好，具有广泛推广价值，可供同类工程参考。

参考文献：

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