CN115749298A - 一种高铁站房主体钢结构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁站房主体钢结构施工方法。本方法先预制各部件，预制完成后运输至施工现场。然后在格构柱对应位置布设应变传感器用于在施工过程中监测变形；现场提升支架、提升机构搭设完成后，提升提升部，再吊装基础段、分支段并嵌补杆件，完成整个钢结构的安装；最后逐级卸载，通过应变传感器对卸载过程中格构柱进行变形监测；卸载完成后拆除提升支架。各部件在工厂预制以便缩短工期，利于实现标准化和缩短工期。相较高空散拼，能够极大程度上的减少高空作业，降低作业强度，并且拼装节点相对较少便于在卸载时进行应力应变监测，利于提高施工安全性。另一方面，能够减少吊装机械用量，降低能耗，减少噪音的产生，利于提供施工的环保性。

Description

一种高铁站房主体钢结构施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，特别是涉及一种高铁站房主体钢结构施工方法。

背景技术

随着我国高铁线路建设的飞速发展，高铁站房建设全面贯彻“畅通融合、绿色温馨、经济艺术、智能便捷”的新时代客站建设理念。目前在建的大中型高铁站房多具有大跨度、大空间、造型复杂、绿色节能的特点；施工难度大。

目前业内通用的施工方法为整体提升后再汽车吊散件，吊装后再进行高空拼装。这种高空散装的方式不利于实现作业标准化，导致各高铁站房需根据不同的工况、需求进行重复的计算，各高铁站房建设之间确实可借鉴的价值，增加了设计成本。并且安装工艺施工过程中需要进行大量的高空作业，现场作业量大，作业强度高，不利于缩短工期也存在较大的安全隐患；并且这种高空散装的方式存在较多的拼装节点，在卸载时难以进行应力应变的监测，不利于安全施工。另一方面，需要用到大量的吊装机械，能耗极大，并且施工过程中会产生大量的噪音，存在扰民和污染空气的缺陷，不利于节能环保。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少高空拼接，提高作业安全性，减少吊装机械用量的高铁站房主体钢结构施工方法。

本发明提供的这种高铁站房主体钢结构施工方法，主体钢结构包括屋盖和用于支撑屋盖的格构柱，包括如下步骤：

S.1、预制屋盖及格构柱，屋盖包括主桁架，格构柱包括基础段、分支段和预装段；

S.2、在格构柱上布设应变传感器；

S.3、将所述预装段与所述主桁架装配成提升部；

S.4、搭设提升支架，提升支架包括标准节、转换节和操作平台；

S.5、安装提升机构；

S.6、提升提升部，在各提升部之间嵌补杆件；

S.7、吊装基础段；

S.8、吊装各分支段至基础段上，并嵌补杆件；

S.9、连接固定分支段与预装段；

S.10、逐级卸载，通过应变传感器对卸载过程中格构柱进行变形监测；

S.11、卸载完成后拆除提升支架。

所述基础段为Y型段，包括竖直段和一对连接头；所述分支段为直线段，一对分支段分别设置于两连接头外；所述预装段为水平段，预装段设置于一对分支段上。

所述S.2中应变传感器设置于所述竖直段的底部以及所述预装段与所述主桁架连接位置处。

所述标准节为长方体柱，包括立杆、连接板和斜杆；四根立杆平行布置，连接板倾斜设置于立杆外，斜杆通过连接板设置于相邻两立杆之间；相邻两标准节通过立杆连接；各标准节从下往上依次设置，相邻两标准节之间设置有连接加强杆；操作平台通过转换节设置于最上层的标准节顶部。

所述立杆和所述斜杆的两端均设有连接端板，立杆与连接端板之间设有加强筋，斜杆与连接端板之间设有加强筋。

所述转换节包括转换柱，转换柱设置于对应的所述立杆上；所述操作平台包括钢框架、立管和定位模板，钢框架连接于所述转换节上，定位模板通过立管设置于钢框架顶部。

所述提升机构包括液压泵站和油缸；液压泵站用于向油缸供油；油缸安装于提升支架顶部，油缸的活塞端通过钢绞线与吊具相连。

所述S.10中卸载时油缸按10％、30％、50％、70％、90％、100％逐级卸载，卸载过程中所述竖直段的底部处变形以及所述预装段与所述主桁架连接处变形中任一变形量大于仿真模拟计算结果对应的变形值或大于上一级卸荷时变形值的2倍停止卸载，排查原因后再次卸载，卸载完成后拆除提升支架。

所述提升支架拆除时，先拆除定位模板至支撑平台上剩一块定位模板，对未拆定位模板采用多步切割法进行卸载，再依次拆除转换节和标准节；所述未拆定位模板卸载时，首先在未拆定位模板上沿高度方向均匀画切割线，然后自最上层切割线逐级切割至屋盖不再产生向下的位移，完成卸载。

本发明实际运用时先预制各部件，预制完成后运输至施工现场。然后在格构柱对应位置布设应变传感器也变施工过程中监测变形；现场提升支架、提升机构搭设完成后，提升提升部，再吊装基础段、分支段并嵌补杆件，完成整个钢结构的安装；最后逐级卸载，通过应变传感器对卸载过程中格构柱进行变形监测；卸载完成后拆除提升支架。各部件在工厂预制以便缩短工期，利于实现标准化和缩短工期。相较高空散拼，能够极大程度上的减少高空作业，降低作业强度，并且拼装节点相对较少以便在卸载时进行应力应变监测，利于提高施工安全性。另一方面，能够减少吊装机械用量，降低能耗，减少噪音的产生，利于提供施工的环保性。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的施工流程图。

图2为本优选实施例中屋盖与格构柱的布置示意图。

图3为本优选实施例中格构柱的结构示意图。

图4为本优选实施例中应变传感器的布设示意图。

图5为本优选实施例中主桁架与预装段连接位置处施工过程应力曲线。

图6为本优选实施例中提升支架的结构示意图。

图7为本发明一个施工实例的钢结构分段示意图。

图8为本发明一个施工实例的施工过程示意图。

图9为本发明一个施工实例的施工过程示意图。

附图标记

1—主桁架；

2—基础段，21—竖直段，22—连接头；

3—分支段；

4—预装段；

5—应变传感器；

6—提升支架，

61—标准节、611—立杆、612—连接板、613—斜杆、614—连接端板，

62—转换节，

63—支撑平台、631—钢框架、632—立管、633—定位模板。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种高铁站房主体钢结构施工方法，包括如下步骤。

第一步、预制屋盖及格构柱。

如图2所示，屋盖包括主桁架1；如图2、图3所示，格构柱包括基础段 2、分支段3和预装段4。

其中基础段2为Y型段，包括竖直段21和一对连接头22。分支段3为直线段，一对分支段3分别设置于对应的连接头22外；预装段4为水平段，预装段4设置于一对分支段3上。整个格构柱中的杆件全部为圆管，在工厂切相贯线，然后散件发到现场进行地面拼装，以降低高空作业量。

第二步、在格构柱上布设应变传感器5。

本步中，格构柱为重要的受力构件，结合实际施工经验与模拟分析，竖直段21的底部以及预装段4与主桁架1连接位置处为受力最大位置，故选此处作为监测节点并布设应变传感器，如图4所示。

本实施例中，施工阶段按施工节点如初始状态、拼装、提升、卸载等时间节点进行数据采集；在稳定阶段按每周节点进行数据采集。通过对卸载阶段至稳定阶段期间各测点的数据进行采集和分析，形成阶段性监测成果。如图5所示，过获取钢结构卸载施工过程结束成型态时，后续屋面安装等工序对杆件应力监测数据表明，实测数据无明显较大波动和干扰，所有传感器的数据均是正常工作，数据可信。钢结构应力实测的数据具有相同的规律变化，即卸载完成后成型态时，后续安装屋面板等工序对钢结构应力有较小的变化。安装屋面板等工序结束后的一定时间内参数变化较小，结构没有向着一个方向变动的趋势，处于稳定状态。通过获取卸载完成后稳定阶段及后续安装屋面板等工序的钢结构杆件应力实测值，可得绝大多数的测试点受力变化均小于其屈服强度，其中主桁架下弦杆及腹杆变化最大在80MPa左右；稳定状态的实测值波动较小，定量分析结构是稳定的，无安全隐患。

第三步、将预装段4与主桁架1装配成整体形成提升部。

第四步、搭设提升支架6，如图6所示，提升支架6包括标准节61、转换节62和操作平台63。

各标准节61从下往上依次设置，相邻两标准节61之间设置有连接加强杆 64；支撑平台63通过转换节62设置于最上层的标准节61顶部。

标准节61为长方体柱，包括立杆611、连接板612和斜杆613；四根立杆 611平行布置，连接板612倾斜设置于立杆611外，斜杆613通过连接板612设置于相邻两立杆611之间；相邻两标准节611通过立杆连接。同时，为了提高连接的稳定性，在立杆611和斜杆613的两端均设有连接端板614，并在相应杆体与连接端板614之间设有加强筋615。

转换节62包括转换柱，转换柱的两端设有连接端板614，转换柱设置于对应的立杆611上。

支撑平台63包括钢框架631、立管632和定位模板633，钢框架631连接于转换节62上，定位模板633通过立管632设置于钢框架631顶部。

本实施例中提升支架6采用装配式格构支架，整个支撑截面为1500mm× 1500mm，立杆611为钢管Φ180×8，腹杆为钢管Φ102×6，材质为Q235B。立杆611之间采用M20安装螺栓连接固定，斜杆613和立杆611之间采用M16安装螺栓连接固定。支撑平台63采用H300*300*10*15的H型钢焊接而成；提升支架6底部与埋设在混凝土梁柱上的埋件连接。对不能直接落在混凝土梁柱埋件上的提升支架6则通过转换梁连接，转换梁规格为HW400*400。标准节61 长度有3.2m，4.8m，6.4m等规格，根据需要自由组合，便于实现标准化。

同时，为了保证施工的安全性，在提升支架6四周设置地锚，并在地锚与提升支架6之间设置缆风绳。地锚与缆风绳的设置为领域内通用技术，故此不再赘述。

第五步、安装提升机构。

提升机构包括液压泵站和油缸；液压泵站用于向油缸供油；油缸安装于提升支架6的顶部，油缸的活塞端通过钢绞线与吊具相连。吊具与需要提升的各部相连。这种提升机构的设置以及吊具的选择为业内通用的技术手段，故此不再赘述。

第六步、提升预装段4与主桁架1装配而成的提升部，提升到位后在各提升部之间嵌补杆件。

第七步、吊装基础段2。

第八步、吊装各分支段3至基础段2上，并嵌补杆件。

第九步、连接固定分支段3与预装段4。

第十步、逐级卸载，通过应变传感器对卸载过程中格构柱进行变形监测；

卸载时，油缸按10％、30％、50％、70％、90％、100％逐级卸载，卸载过程中竖直段21的底部处变形大于施工仿真模拟计算结果对应的变形值，或大于上一级卸荷时变形值的2倍；或预装段4与主桁架1连接处变形大于施工仿真模拟计算结果对应的变形值，或大于上一级卸荷时变形值的2倍，停止卸载，排查原因后再次卸载保证卸载过程中变形符合要求后继续卸载，卸载完成后拆除提升支架6。

第十一步、拆除提升支架6。

拆除时先拆除提升支架6顶部的定位模板633，采取分条切割法进行卸载，各卸载批次的支撑尽量保持同步进行。上部设置有四块定位模板，用于支撑节点四个方向的梁，卸载时，先割除其中的三块定位模板，保留一块采取分条切割法进行卸载。在未拆定位模板上沿高度方向均匀画切割线，然后自最上层切割线逐级切割至屋盖不再产生向下的位移，完成卸载，即可拆除临时支撑。

相较于现有技术而言，本方案采用吊装与提升相结合的施工方法，即格构柱的上部结构(预装段)与屋盖的主桁架一起在高架层楼面拼装，然后整体提升至设计标高，下部结构(基础段、分支段)待屋盖提升后在楼面拼装成分段用汽车吊吊装到位，实现了复杂工况下格构柱便捷、高效、高精度安装的目的。

同时，本方案各部件在工厂预制、地面拼装，采用整体提升与分段吊装相结合的施工技术，施工速度快，施工安全易于保证，并能有效节约安装成本。

另一方面，本方案采用整体提升与分段吊装相结合的安装施工技术，可以减少对吊装机械的使用，降低燃料柴油和电力的用量，避免噪音扰民和空气污染，节能环保。

采用本方案安装完成后，整个钢结构现场拼装节点较少，利于实现卸载时的应力应变监测，便于保证施工的安全性。

本方案采用楼面拼装、分次提升再累计整体提升的方法，施工前预先对整个施工过程进行施工仿真模拟计算，通过计算结果调整格构柱的分段和安装工艺，降低拼装高度及安全风险。同时通过布设应变传感器，在关键部位布置测点收集数据进行分析，比较理论计算和实测结果，确保在施工阶段和后期运营使用阶段中整个结构在承受施工荷载和服役环境荷载时结构始终处于安全状态，也为类似工程施工提供了参考经验。

以郑州南站施为例，郑州南站采用本方案进行施工。

郑州南站站房设计采用高架形式，建筑面积约15万㎡，装修面积约48.3 万㎡，设计规模为16台32线，其中郑万场5台10线(含2条正线)，郑阜场 5台9线，郑万、郑阜场共用5站台，城际场7台13线。通过联络线，郑州南站和郑州站、郑州东站互联互通。

站房屋盖主结构采用正交空间管桁架结构+实腹钢梁结构体系，整个屋盖钢结构投影面积约11.28万平方米，钢结构总重量约8600吨。站房钢屋盖造型为高低起伏的波浪造型，在南北两侧结合建筑立意，分别布置14组造型格构式立柱，支托起整个南北立面的屋盖悬挑结构，室内布置10组分叉Y形柱 (由铸钢节点及斜柱组成)。本项目经过多次方案研讨、对比，最终采用分区分步整体提升与竖向构件后嵌补施工方法，安全、快捷的完成施工任务。

由于郑州南站站房钢屋盖造型为高低起伏的波浪造型，如图7所示，在南北两侧结合建筑立意，分别布置14组造型格构式立柱，支托起整个南北立面的屋盖悬挑结构，室内布置10组分叉Y形柱(由铸钢节点及斜柱组成)作为竖向内支撑。站房屋盖主结构采用正交空间管桁架结构+实腹钢梁结构体系，主桁架最大矢高为4.7m，整个屋盖钢结构投影面积约11.28万㎡，钢结构总重量约8600T。按照结构设计特点及施工部署，主站房区划分为三个提升区段。

然后拼装胎架、提升支架的预埋件与钢筋混凝土结构施工同步进行预埋，预埋点位须进行受力核算，其中提升支架的预埋件均设置在主次梁部位。本工程钢屋盖的钢桁架结构全部由加工厂散件发货至现场，部分平面桁架在邻近构件堆放场进行分段拼装，由平板运输车转运至现场。根据专项施工方案，钢屋盖拼装区段沿跨度方向划分为三个拼装单元，全部采用25T汽车吊现场楼地面原位拼装方式，按照“先主桁架后次桁架，由内向外顺序”方式依次进行拼装，采用全站仪复核定位。

如图8、图9所示，分区内各单元区段拼装完毕后，进行接头焊接、焊缝检测等工作，经检测合格后，进行中间单元段第一次液压提升，提升至与两端邻近单元的钢桁架标高一致处，然后进行锁定，经精调、复测后，进行嵌补杆件的安装、焊接。

格构柱划分为4个单元，其中预装段与主桁架采用提升的方案，基础段和分支段在楼面原位拼装后，采用80T汽车吊进行分段吊装，其中最大分段重约 23.2T。

通过数值模拟计算分析，采取计算机控制的同步分级卸载方案，即利用提升支架顶部的提升油缸系统逐级减荷载的方式进行卸载，卸载时通过统一指挥、同步操作，按10％、30％、50％、70％、90％、100％逐级进行卸载。为了保证安全有序的卸载，在卸载过程中需要对卸载桁架杆件进行变形观测，观测点布置在变形较大区域的下弦杆件外表面，张贴反射贴片，在卸载前采用全站仪进行观测并记录数据，待卸载开始后每卸载完一级进行一次观测并记录观测数据，对卸载全过程进行监控。在卸载过程中密切观测变形控制点的位移量和监控液压提升装置的荷载状态，如出现较大偏差时应立即停止，会同各相关单位查出原因并排除后继续进行。

提升支架拆除利用屋盖桁架之间的间隙，采用25吨汽车吊伸至提升支架的顶部进行分段拆除即可。

采用这种施工方案，郑州南站作为目前在施的特大型高铁站房，钢屋盖结构造型复杂、跨度大，施工技术难度高，在施工前对现场环境、安装方案等进行多次比选、论证，最终选择此工法，保证了钢屋盖结构安全、高效的施工完成，也为类似工程施工提供相关参考案例。与相比原“局部整体提升、外围两侧分段高空就位安装”方案对比，可节约工期20天左右，减少了外围吊装机械租赁费，80T汽车吊按8.6万元/每月的租赁费、共计6台计算，可节约机械费34.4万元。郑州南站大跨度钢屋盖结构采用先进的分区液压整体提升技术，将大部分拼装工作在地面完成，减少了高空作业风险，同时便于质量检查，安全、高效的提前完成了钢屋盖结构施工工作，获得了建设单位一致肯定。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高铁站房主体钢结构施工方法，主体钢结构包括屋盖和用于支撑屋盖的格构柱，其特征在于，包括如下步骤：

S.1、预制屋盖及格构柱，屋盖包括主桁架，格构柱包括基础段、分支段和预装段；

S.2、在格构柱上布设应变传感器；

S.3、将所述预装段与所述主桁架装配成提升部；

S.4、搭设提升支架，提升支架包括标准节、转换节和操作平台；

S.5、安装提升机构；

S.6、提升提升部，在各提升部之间嵌补杆件；

S.7、吊装基础段；

S.8、吊装各分支段至基础段上，并嵌补杆件；

S.9、连接固定分支段与预装段；

S.10、逐级卸载，通过应变传感器对卸载过程中格构柱进行变形监测；

S.11、卸载完成后拆除提升支架。

2.如权利要求1所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述基础段为Y型段，包括竖直段和一对连接头；所述分支段为直线段，一对分支段分别设置于两连接头外；所述预装段为水平段，预装段设置于一对分支段上。

3.如权利要求2所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述S.2中应变传感器设置于所述竖直段的底部以及所述预装段与所述主桁架连接位置处。

4.如权利要求1所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述标准节为长方体柱，包括立杆、连接板和斜杆；四根立杆平行布置，连接板倾斜设置于立杆外，斜杆通过连接板设置于相邻两立杆之间；相邻两标准节通过立杆连接；各标准节从下往上依次设置，相邻两标准节之间设置有连接加强杆；操作平台通过转换节设置于最上层的标准节顶部。

5.如权利要求4所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述立杆和所述斜杆的两端均设有连接端板，立杆与连接端板之间设有加强筋，斜杆与连接端板之间设有加强筋。

6.如权利要求5所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述转换节包括转换柱，转换柱设置于对应的所述立杆上；所述操作平台包括钢框架、立管和定位模板，钢框架连接于所述转换节上，定位模板通过立管设置于钢框架顶部。

7.如权利要求1所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述提升机构包括液压泵站和油缸；液压泵站用于向油缸供油；油缸安装于提升支架顶部，油缸的活塞端通过钢绞线与吊具相连。

8.如权利要求6所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述S.10中卸载时油缸按10％、30％、50％、70％、90％、100％逐级卸载，卸载过程中所述竖直段的底部处变形以及所述预装段与所述主桁架连接处变形中任一变形量大于仿真模拟计算结果对应的变形值或大于上一级卸荷时变形值的2倍停止卸载，排查原因后再次卸载，卸载完成后拆除提升支架。

9.如权利要求8所述的一种高铁站房主体钢结构施工方法，其特征在于：所述提升支架拆除时，先拆除定位模板至支撑平台上剩一块定位模板，对未拆定位模板采用多步切割法进行卸载，再依次拆除转换节和标准节；所述未拆定位模板卸载时，首先在未拆定位模板上沿高度方向均匀画切割线，然后自最上层切割线逐级切割至屋盖不再产生向下的位移，完成卸载。

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