概況

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

▲ 圖1  中央站房鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)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(yōu)劣性。

方案一為分段吊裝法，此方案優(yōu)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(huán)利用，投入量少；分段吊裝在屋蓋結(jié)構(gòu)成型過程中，桁架桿件內(nèi)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(yè)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(zhì)量高；高空施工作業(yè)量少。缺點在于：9m層混凝土樓板需要達到設(shè)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(yè)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(zhuǎn)化成連續(xù)梁的過程，結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力變化較大。

考慮到工程整體工期緊張，同時對結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力變化更加有利，更加節(jié)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(shè)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(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，然后吊裝該區(qū)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(shè)置支撐架，支撐架高度26.9m。施工過程中支撐架循環(huán)利用，但需保留縱向兩個柱距內(nèi)的支撐架，以防止整體結(jié)構(gòu)成形前的過度變形。

方案驗算與實施

 3.1 中央屋蓋鋼結(jié)構(gòu)方案驗收與實施

3.1.1鋼結(jié)構(gòu)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(jù)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(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)安裝過程是一個逐步累積的過程，該過程中，結(jié)構(gòu)的受力和邊界條件是依時變化的。因此，構(gòu)件的最大內(nèi)力狀態(tài)或最終狀態(tài)與設(shè)計時整體結(jié)構(gòu)分析結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施工過程中的內(nèi)力和變形情況。

（2）計算模型

由于中央站房東西方向結(jié)構(gòu)單元布置相似，現(xiàn)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）。

▲ 圖13  施工模擬MIDAS模型

結(jié)構(gòu)單元。

鋼管混凝土柱采用SRC材料和結(jié)構(gòu),支撐架腹桿采用桁架單元，其余全部采用梁單元模擬。

荷載條件。

根據(jù)實體模型，自重系數(shù)取1.0。

檁條、檁托采用線荷載的方式加載于對應(yīng)橫向桁架上弦，等效荷載取1.53kN/m。

采光玻璃天窗支架采用節(jié)點荷載的方式加載于玻璃天窗下方縱橫向桁架上弦節(jié)點，等效荷載取5.0kN。

邊界條件。

鋼管混凝土柱底部剛接。

支撐架底部鉸接，不考慮底部加固措施的有利作用；對支撐架頂部進行Y、Z向和轉(zhuǎn)角約束釋放（見圖14）。

 ▲ 圖14  支撐架頂部約束釋放示意圖

（3）施工過程分析及方案的實施

第一步、吊裝鋼管混凝土柱，樓層鋼梁。

受力分析：運用軟件模擬分析受力，樓層鋼梁最大應(yīng)力39.3MPa，符合設(shè)計要求。

▼ 現(xiàn)場實施圖

第二步、安裝屋蓋主桁架，形成穩(wěn)定框架。

受力及變形分析：最大豎向變形13.1mm，出現(xiàn)在樓層鋼梁處，桁架豎向變形小；桿件最大應(yīng)力38.72MPa。

 ▼ 現(xiàn)場實施圖

第三步、安裝屋蓋次桁架，形成完整整體；在8.745m標高樓面搭設(shè)支撐架。

受力及變形分析：最大豎向變形13.04mm，出現(xiàn)在樓層鋼梁處，桁架豎向變形小；桿件最大應(yīng)力38.23MPa。

▼ 現(xiàn)場實施圖

 

第四步、安裝屋蓋跨中第二段桁架。

受力及變形分析：最大豎向變形13.05mm，出現(xiàn)在樓層鋼梁處，桁架豎向變形小；桿件最大應(yīng)力38.53MPa。

▼ 現(xiàn)場實施圖

 

第五步、安裝屋蓋跨中第一段桁架。

受力及變形分析：最大豎向變形13.05mm，出現(xiàn)在樓層鋼梁處，桁架豎向變形小；桿件最大應(yīng)力38.49MPa。

▼ 現(xiàn)場實施圖

 

第六步、安裝屋蓋跨中橫向次桁架。

受力及變形分析：最大豎向變形13.04mm，出現(xiàn)在樓層鋼梁處，桁架豎向變形小；桿件最大應(yīng)力38.51MPa。

▼ 現(xiàn)場實施圖

 

第七步、安裝屋蓋跨中縱向次桁架。

受力及變形分析：最大豎向變形13.04mm，出現(xiàn)在樓層鋼梁處，桁架豎向變形小；桿件最大應(yīng)力38.5MPa。

▼ 現(xiàn)場實施圖

第八步、屋蓋卸載，拆除支撐架。

受力及變形分析：最大豎向變形27.2mm；桿件最大應(yīng)力45.2MPa。

▼ 現(xiàn)場實施圖

 

第九步、安裝檁條、玻璃天窗。

受力及變形分析：最大豎向變形36mm；桿件最大應(yīng)力47.51MPa。

▼ 現(xiàn)場實施圖

結(jié)語

（1）本工程中央站房66m跨大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架采用分段吊裝、高空合攏的吊裝方案進行吊裝，C、D兩個流水段共用時4個月完成了12000t鋼結(jié)構(gòu)的吊裝工作，為確保工程總體施工進度打下了堅實的基礎(chǔ)。

（2）本工程大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架施工過程中，結(jié)構(gòu)最大變形36mm，最大應(yīng)力45.51Mpa，結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力均滿足規(guī)范和設(shè)計要求。分段吊裝施工與結(jié)構(gòu)一次成型相比，附加變形1.9mm，附加應(yīng)力1.2MPa，附加變形和附加應(yīng)力均較小，滿足施工要求。分段吊裝、高空合攏吊裝方案安全合理。

來源： 科技建工 （crceg-science）