1、懸挑大跨度弧形“水滴”狀鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)鐵路總指揮部 江志遠(yuǎn)照片尺寸為20mm*30mm；最好不用紅色背景摘 要 寧波高鐵站工程南北側(cè)外立面整體造型為“水滴”狀，結(jié)構(gòu)形式為懸挑大跨度的弧形鋼結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況明確履帶吊車上既有樓板吊裝施工方案，為保障在安裝異形鋼結(jié)構(gòu)過程中做到安全、精確、有序；通過計算設(shè)計履帶吊行車吊裝線路、分段吊裝流程和鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐體系，使其更科學(xué)性、更合理；通過對測量、焊接變形與應(yīng)力施工過程中的控制，提高了鋼結(jié)構(gòu)施工精度。本工程實際施工效果的檢驗，為類似工程提供了經(jīng)驗借鑒。關(guān)鍵詞 懸挑 弧形 鋼結(jié)構(gòu) 吊裝 精度控制1 工程概況寧波高鐵站工程站房南北立面中央位置各有一

2、個水滴造型（見圖1），由懸挑異型鋼結(jié)構(gòu)支撐。懸挑異型鋼結(jié)構(gòu)與整個站房鋼結(jié)構(gòu)自18.4m標(biāo)高以上為一個整體大桁架（見圖2），圖1南水滴立面圖圖2水滴鋼結(jié)構(gòu)布局圖水滴鋼結(jié)構(gòu)由三段大弧梁和撐拉桿組成，如圖3所示。下部弧梁底部標(biāo)高為20.61m，懸挑弧梁和上部弧形梁的頂部標(biāo)高分別為31.78m、38.48m，主要構(gòu)件均為Q345B鋼材、矩形截面，拉（撐）桿與弧形梁呈空間90正交連接，各節(jié)點均為焊接，懸挑內(nèi)弧形梁懸挑跨度16.30m，外挑弧形梁挑跨22m，水滴鋼結(jié)構(gòu)東西跨度66.0m，結(jié)構(gòu)總重約102t。為簡化言語，統(tǒng)一在后面的介紹中將“水滴”狀大跨度弧形鋼結(jié)構(gòu)簡稱為“水滴”。圖3水滴鋼結(jié)構(gòu)三維軸側(cè)圖2

3、鋼結(jié)構(gòu)施工特點及難點分析1）單體鋼構(gòu)件節(jié)點復(fù)雜，加工質(zhì)量控制難度大現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)的安裝進(jìn)度及安裝質(zhì)量受構(gòu)件的加工質(zhì)量影響非常大，鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量必須從鋼結(jié)構(gòu)所用的原材料進(jìn)廠到構(gòu)件成品出廠全過程進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)控制。鋼構(gòu)件出廠前需要進(jìn)行預(yù)拼裝，預(yù)拼裝結(jié)果符合設(shè)計、規(guī)范要求后再分段依次出廠。2）圓弧外挑鋼結(jié)構(gòu)跨度大、懸挑長度長，需合理分節(jié)圓弧外挑鋼結(jié)構(gòu)如果分節(jié)段數(shù)多了，重量輕，但拼接焊接口多，易扭曲變形，施工工期長；如果分節(jié)段數(shù)少，重量大，格構(gòu)柱臨時支撐易失穩(wěn)，安全風(fēng)險大，拼接焊接口少，施工工期短。3）大型吊裝機械選擇，吊車行走路線需加固回頂驗算根據(jù)吊重、幅度、吊裝機械經(jīng)濟(jì)性對比，選擇合適的吊機，結(jié)合樓板

4、結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場實際情況通過樓板加固驗算，確定了吊車行走和吊點的位置，對行走部位采取有效的保護(hù)及回頂措施。4）鋼結(jié)構(gòu)吊裝順序，施工精度的控制高； 運用BIM技術(shù)完善和優(yōu)化安裝順序，通過通過對測量、焊接變形與應(yīng)力施工過程中的控制，提高了鋼結(jié)構(gòu)施工精度。格構(gòu)柱臨時支撐布置設(shè)計，卸載順序的確定及鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測、變形監(jiān)測監(jiān)測。3 吊裝方案選擇為了滿足節(jié)點工期要求，南北邊水滴吊裝時土建未完成落客平臺，構(gòu)件吊裝時吊車的站位不能選擇于此部位，只能站位于既有結(jié)構(gòu)樓板上進(jìn)行南北“水滴”吊裝。3.1鋼柱吊裝鋼柱吊裝機械采用履帶吊，履帶吊站位于9.85米樓板上，樓板下方需用鋼管架回頂。樓板上的吊車路線及站位位置需放置路基

5、箱防止樓板的損壞，吊車作業(yè)半徑10米，滿足吊裝（見圖4）。 鋼柱吊裝前檢查鋼柱的幾何尺寸，放出柱頂?shù)氖种行木€并作好標(biāo)識。安裝時先將鋼柱基本就位，連接耳板安裝好，上、下兩節(jié)柱的十字中心線調(diào)整一致，再將牛腿節(jié)點與軸線關(guān)系復(fù)核，復(fù)核和調(diào)節(jié)完成后張拉攬風(fēng)繩和焊接。圖4鋼柱吊裝吊車布置圖3.2 弧形水滴吊裝 履帶吊站在A、H軸既有結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)吊裝“水滴”，就必須先施工“水滴”外弧形梁，再施工A、H/1-21-5軸立面結(jié)構(gòu)（見圖5），先吊裝水滴懸挑弧形梁，懸挑弧形梁制作分段為9段（見圖6），吊裝方式采用搭設(shè)8個支撐架進(jìn)行高空就位吊裝，支撐架搭設(shè)在-0.15m樓板上，其次吊裝下弧梁及支撐，然后吊裝上弧形梁，方

6、法采用搭設(shè)4個支架分5段吊裝，最后吊裝弧形梁之間上下斜撐等次梁。圖5鋼柱吊裝吊車布置圖圖6臨時支撐架平面布置圖4 吊車選型及部署4.1 吊車選型為滿足六節(jié)點牛腿柱等大構(gòu)件安裝，南邊水滴吊裝時采用100t履帶吊，北水滴吊裝時為滿足站房兩側(cè)結(jié)構(gòu)梁的吊裝選用160t履帶吊。表1 主要吊裝機械配備計劃序號機械或設(shè)備名稱型號規(guī)格數(shù)量用于施工部位1履帶吊100t1南立面水滴2履帶吊160t1北立面水滴4.2 吊車行車路線根據(jù)現(xiàn)場樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計情況及現(xiàn)場實際情況，確定了南、北立面、“水滴”吊裝時吊車的行走路線（見圖7），南立面履帶吊吊裝時最大荷載150t，北立面履帶吊吊裝時最大荷載210t。圖 7 吊車行走路

7、線圖4.3 樓板上吊車回頂驗算水滴外弧形梁吊裝時，履帶吊要在高架候車層結(jié)構(gòu)樓板（9.85m）上進(jìn)行吊裝作業(yè)，9.85m結(jié)構(gòu)支撐架要按照履帶吊施工時的最大荷載210t進(jìn)行設(shè)計。履帶吊站位于9.85m樓板前，9.85m樓板預(yù)應(yīng)力必須全部張拉完畢，履帶吊行走及吊裝時要沿垂直于履帶長度方向鋪設(shè)路基箱，路基箱尺寸為4000mm1000mm150mm。在結(jié)構(gòu)施工時，支撐回頂架層（地鐵層）滿鋪碗扣支撐架，履帶吊行走及吊裝位置支撐架立桿間距為600 mm600mm。采用上樓板最大機械（160t履帶吊）進(jìn)行計算，其計算參數(shù)如下：履帶觸地長度為7.465m，單根履帶寬度為1.1m，履帶外邊緣距離為6.9m。沿垂直

8、履帶方向滿鋪路基箱后，按7.5m8m進(jìn)行受力計算，則每平米結(jié)構(gòu)樓板所受壓力為：210060=35kn/每平米立桿數(shù)：10.60.6=2.78根根據(jù)本工程高大支模工程施工方案，支撐回頂架層（地鐵層）21m結(jié)構(gòu)梁的受力驗算，其單根立桿計算承載力為23.179kn，每平米最大支撐力為：2.7823.179=64.44kn/安全系數(shù)： 64.4435=1.841,滿足要求。另外考慮到地鐵層頂板已施工完畢，其架體安全穩(wěn)定，由此確定該支撐體系滿足吊裝受力要求。4.4 吊車上樓板時對樓板面的保護(hù)措施1）樓板上的吊車路線選擇上，遵循趨強避弱方針；2）履帶吊行駛路線需增加路基箱，路基箱規(guī)格是4000mm1000

9、mm150mm，平面布置同履帶吊行駛路線圖，保護(hù)樓板面砼不會損壞。圖 8 路基板鋪設(shè)示意3）汽車吊樓板面作業(yè)時支腿位置墊設(shè)鋼板，鋼板規(guī)格是20*1000*1000，增加支腿與樓板接觸面面積，保護(hù)樓板面砼不會損壞。5鋼構(gòu)件分段5.1分段原則（1） 滿足現(xiàn)場吊機性能、且便于安裝；（2） 工廠制作分段的合理性和經(jīng)濟(jì)性；（3） 相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求、設(shè)計要求等；（4） 最終成形后，構(gòu)件的受力符合設(shè)計者的意圖5.2屋面弧形拱梁分段根據(jù)現(xiàn)場實際情況及分段原則，將上下弧梁分為7段，外懸挑弧梁分為9段，見圖9、10、11。圖 9 A、H軸上弧形梁圖 10 A、H軸線下弧形梁圖 11 南北懸挑外弧形梁6“水滴”狀鋼

10、構(gòu)件吊裝及安裝6.1“水滴”狀鋼構(gòu)件吊裝工藝流程流程履帶吊行走路線確定將拆散的履帶吊至作業(yè)面履帶吊組裝并測試檢驗合格“水滴”狀弧形梁由兩端依次向中間段吊裝標(biāo)高18.2m鋼梁安裝支撐、下弧形梁的吊裝上弧形梁、水滴下斜撐吊裝水滴上斜撐吊裝框架次梁、檁條吊裝“水滴”狀懸挑梁吊裝，全部吊裝完成履帶吊拆散下樓板圖12 鋼構(gòu)件吊裝工藝流程圖圖13 水滴弧形梁兩端吊裝圖14 18.2m鋼梁安裝圖15 支撐，下弧形梁兩端第一段吊裝圖16上弧形梁兩端第一段吊裝、水滴下斜撐吊裝圖17上弧形梁兩端第二段吊裝、水滴拉、撐桿吊裝圖18 內(nèi)側(cè)鋼結(jié)構(gòu)吊裝，吊車下樓板圖19 落客平臺施工完畢后，水滴外懸挑吊裝7.支撐架的拆除

11、與卸載7.1支持架卸載原則及卸載順序確定卸載過程是一個緩慢的受力體系轉(zhuǎn)變、傳力路線轉(zhuǎn)變的過程，是從施工安裝階段到設(shè)計階段的轉(zhuǎn)化過程，拆除過程要避免結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件和節(jié)點的破壞，這個過程要保證結(jié)構(gòu)的安全、支架的安全。卸載原則：卸載實際就是荷載轉(zhuǎn)移過程，在荷載轉(zhuǎn)移過程中，必須遵循“變形協(xié)調(diào)、卸載均衡”的原則。不然有可能造成臨時支撐超載失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)局部甚至整體受損。卸載順序：南北“水滴”弧形梁分9段吊裝，分別搭設(shè)8個支架，待構(gòu)件吊裝完成驗收后即可進(jìn)行卸載和支架拆除。先拆除支架ZJ4和ZJ5，由于預(yù)先千斤頂支墊，此時，只需將千斤頂回落2mm。4小時后觀測，無變化再將支架ZJ4和ZJ5的千斤頂回落20mm，然

12、后拆除支架ZJ4和ZJ5。24小時后觀測，如弧梁的下?lián)现禎M足設(shè)計要求，即可拆除支架ZJ3和ZJ6。以此類推，完成8個支撐架的卸載和拆除。在卸載整個過程中，應(yīng)對“水滴”鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的應(yīng)力和變形進(jìn)行實時監(jiān)測，用于指導(dǎo)卸載工作的實施。圖20 支撐架卸載順序示意圖圖21 現(xiàn)場支架布置7.2.臨時支撐架拆除方法支架采用汽車吊及塔吊拆除，具體拆除步驟：使用千斤頂把支架與鋼梁回頂緊密；使用割槍把支撐馬蹬切除；經(jīng)過千斤頂軟卸載觀察滿足要求后，將千斤頂取出；先拆除頂部第一節(jié)支架，依次從上往下拆除，下部支架先將吊點掛好，起鉤至鋼絲繩順直，然后拆除支架連接螺栓，使用塔吊及汽車吊依次拆除；其余支架拆除方法同上。圖2

13、2 千斤頂安裝圖23 臨時支撐架拆除8 施工質(zhì)量控制8.1測量精度控制鋼柱測量質(zhì)量控制垂直度控制：根據(jù)樓面上測設(shè)的十字相交軸線，把二臺經(jīng)緯儀分別架設(shè)在相交軸線的延長線上，對準(zhǔn)柱底相應(yīng)的線段標(biāo)志，測量員由柱底自下而上觀測柱身母線，當(dāng)十字絲的豎絲與鋼管（特別是柱頂母線）的外輪廓線相吻合，即符合要求。標(biāo)高控制：利用高程控制點，用水平儀和鋼尺測量標(biāo)高，安裝一節(jié)鋼柱后，引測一次實際標(biāo)高用復(fù)合設(shè)計標(biāo)高，一般控制在誤差3mm內(nèi) ，可通過鋼柱節(jié)點間隙予以調(diào)整。柱頂位移測量：利用傳遞上來的投測點，運用全站儀進(jìn)行排尺放線，把軸線放樣到柱頂，作出柱頂平面放線，測量柱頂位移。2）弧形梁測量精度控制 將弧形梁上的每個支

14、撐點由空間位置水平投影到地面上，并將其空間三維坐標(biāo)在Z軸方向上轉(zhuǎn)換到地面。采用全站儀在地面上分別測量出每個支撐架的位置。懸挑內(nèi)弧形梁在水平面上投影為一弧線，上弧形梁、下弧形梁中心線在水平面上投影為一直線，安裝前在分段位置先搭設(shè)支撐架，將鋼梁的中心線用經(jīng)緯儀投測到各個支撐架頂部拼裝平臺面，作標(biāo)記。將標(biāo)高用水準(zhǔn)儀和鋼卷尺引測到胎架頂部作標(biāo)記。鋼梁吊裝就位時，吊機松鉤前應(yīng)仔細(xì)對中，使中心線與定位線重合。每段鋼梁支撐下兩端各放置2個千斤頂，用于調(diào)整拱的就位高度。8.2焊接變形與應(yīng)力控制減少收縮量。a、在保證焊透的前提下采用小角度、窄間隙焊接坡口，以減少收縮量。b、采用小熱輸入量、小焊道、多道多層焊接方

15、法以減少收縮量。預(yù)留收縮余量措施。a.各焊縫應(yīng)考慮收縮量。b.弧形梁段沿其中心軸向長度，考慮其每道安裝接縫的收縮余量23mm及其總和。嚴(yán)格控制焊接順序，控制不當(dāng)易產(chǎn)生變形和應(yīng)力集中，因此在焊接時采取以下技術(shù)措施來控制焊接變形:a.上下弧形梁與懸挑弧形梁拉桿、撐桿應(yīng)從中間向兩邊焊。b.分段焊接鋼構(gòu)件，待焊縫收縮后再焊另一端。c.鋼梁的焊接，先焊受力大的桿件再焊受力小的桿件，先焊受拉桿件再焊受壓桿件，先焊焊縫少的部位再焊焊縫多的部位。d.以對稱焊口為基準(zhǔn)，從控制應(yīng)力應(yīng)變?yōu)闇?zhǔn)則，詳細(xì)制定焊接順序，嚴(yán)禁將合攏焊口布置在構(gòu)件應(yīng)力集中的地方。e.焊接時應(yīng)根據(jù)桿件對稱布置的特點，選好自由端，避免焊接誤差的積累。9 結(jié)語本工程懸挑“水滴”鋼結(jié)構(gòu)造型采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，確定吊車行走線路、支架數(shù)量及規(guī)格、分段吊裝流程、支架卸載程序、樓面保護(hù)措施等，通過對測量、焊接變形與應(yīng)力施工過程中的控制，提高了鋼結(jié)構(gòu)施工精度，施工完成后鋼結(jié)構(gòu)體系各項指標(biāo)滿足設(shè)計和規(guī)范要求，該施工技術(shù)可為同類大型