鋼結構 | 大跨度拱形鋼結構施工技術研究--2024第12屆廣東新型建筑工業化與裝配式建筑展覽會

2023.6.7-9

廣州廣交會展館C區(琶洲)

廣東建筑科技周

鋼結構 | 大跨度拱形鋼結構施工技術研究

廣東建筑工業化展 2018-03-02 861

概況

沈陽南站中央站房屋面鋼桁架結構東西長286.5m，屋面桁架南北向跨度為21m+66m+21m，兩側懸挑8.0m。基本柱網10.5m×21.5m、10.5m×24m。，高架層結構標高為8.745m，夾層結構標高16.400m，屋頂結構標高29.91～37.51m（見圖1）。

圖1 中央站房鋼結構三維效果圖

方案選擇

中央站房8～15軸柱間跨度達66m，該段構件總重31.7t，柱頂平面桁架整體起拱幅度約9.45m（見圖2-6）。

圖2 中央站房橫向桁架分段立面示意圖

圖3 中央站房橫向桁架分段一重量8.3t

圖4 中央站房橫向桁架分段二重量11.7t

圖5 中央站房橫向桁架分段三重量10.7t

圖6 中央站房橫向桁架分段四重量3.5t

中央站房跨拱桁架安裝方案可以整體提升和分段吊裝兩種施工方案，每種方案都有自身的優劣性。

方案一為分段吊裝法，此方案優點在于：主桁架地面多個工作面同時提前拼裝有利于工期保證；對下層混凝土樓板影響小；支撐胎架循環利用，投入量少；分段吊裝在屋蓋結構成型過程中，桁架桿件內力變化影響小。缺點在于：施工機械型號較大，費用高；高空施工作業量相對較多。

方案二整體提升法，此方案有點在于：整體拼裝質量高；高空施工作業量少。缺點在于：9m層混凝土樓板需要達到設計強度后，才能進行桁架拼裝，不能提前進行，對總工期不利；樓板拼裝占用大量作業面，對其他工作開展不利；桁架起拱高，拼裝時投入腳手架用量非常大，提升至安裝完畢，桁架可看成簡支梁轉化成連續梁的過程，結構桿件內力變化較大。

考慮到工程整體工期緊張，同時對結構構件內力變化更加有利，更加節約費用，綜合比較后選定方案一，即分段吊裝法。中央站房8～15軸柱間桁架可分成3段進行吊裝。分段處無下部柱支撐，因此需搭設支撐架：

使用400t履帶吊吊裝鋼柱、夾層梁及6～8軸和15～17軸橫向主桁架、縱向主桁架，形成穩定結構體系，然后吊裝該區域橫向次桁架、縱向次桁架及懸挑端分段單元（即分段一）。66m跨的橫向桁架分為三段吊裝，在分段處設置支撐架，支撐架高度26.9m。施工過程中支撐架循環利用，但需保留縱向兩個柱距內的支撐架，以防止整體結構成形前的過度變形。

方案驗算與實施

3.1中央屋蓋鋼結構方案驗收與實施

3.1.1鋼結構吊重驗算

（1）CC2400-1型400噸履帶吊塔式工況性能（見圖7）。

圖7 48米主臂+72米副臂塔況

（2）鋼柱吊重驗算

本工程高架夾層16.280m標高以下鋼管混凝土柱截面為P1600×35，高架夾層16.280m標高以上鋼柱截面為P1400×35，根據鋼柱分布特點及履帶吊吊機性能，將鋼柱分為兩段，以18.500m標高處為分段位置。

圖8 中央站房鋼柱分段示意圖

對吊裝性能要求最高的中間柱第二段進行吊裝工況分析，滿足吊裝要求。

（3）主桁架吊重驗算

本工程主桁架采用站房兩側2臺400噸履帶吊塔式工況進行吊裝。橫向主次桁架共分7段，其中66m跨桁架分3段、兩側跨各分2段（見圖9）。

圖9 中央站房橫向主次桁架分段示意圖

?第一分段吊裝工況分析（見圖10、見表1）。

圖10 第一分段吊裝工況分析圖

表1 第一分段吊裝工況分析表

?第二分段吊裝工況分析（見圖11、見表2）。

圖11 第二分段吊裝工況分析圖

表2 第二分段吊裝工況分析表

?第三分段吊裝工況分析（見圖12、見表3）

圖12 第三分段吊裝工況分析圖

表3 第三分段吊裝工況分析表

3.1.2施工過程的分析及方案的實施

（1）施工過程受力及變形模擬說明

鋼結構安裝過程是一個逐步累積的過程，該過程中，結構的受力和邊界條件是依時變化的。因此，構件的最大內力狀態或最終狀態與設計時整體結構分析結果會因不同的施工工藝或順序而有較大差別。為保證鋼屋蓋施工過程和安裝完成后結構的安全，需進行施工過程模擬分析。施工過程分析采用大型通用有限元軟件MIDAS GEN/8.0進行，得出鋼結構施工過程中的內力和變形情況。

（2）計算模型

由于中央站房東西方向結構單元布置相似，現選取（最不利）典型單元（框架Ⅱ-J軸至Ⅱ-K軸，屋蓋桁架Ⅱ-J軸至Ⅱ-K軸）進行施工模擬（見圖13）。