广州新客站站房钢结构逆作法安装施工技术研究

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　　摘要：逆作法是一种技术含量较高、施工较为复杂的施工技术。广州新客站站房为优化安装方案采用逆作法进行钢结构吊装施工，即先安装钢结构屋盖（最大标高52m）、再施工21m高架候车层预应力钢筋混凝土楼板。本文就此对于站房工程钢结构安装、预应力张拉施工技术以及逆作法的可行性进行了研究。
　　关键词：逆作法；可行性；钢结构安装；预应力张拉施工
　　Abstract: The top down is a kind of high technical content, construction, more complex construction technology. Guangzhou new passenger station optimization for the installation scheme adopts the station of steel structure top down construction hoisting, namely first installation of steel structure of the roof (maximum elevation 52 m), then the approximate 21 m elevated construction of prestressed reinforced concrete floor. The paper talks on station for steel structure, prestressed engineering installation drawing top down construction technology and the feasibility of research.
　　Key Words: top down; feasibility; steel structure installation; prestressed construction drawing
　　
　　
　　中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
　　1工程概况
　　广州新客站位于广州市番禺区，是全国主要的铁路客运枢纽之一，站房东西宽（垂直轨道方向）398m，南北长（顺轨道方向）448m，建筑总面积达48.6万m2，钢屋盖投影面积为21万m2，建成后将成为目前亚洲站房建筑面积最大的火车站。主站房南北位于5~11轴线间，长度为192m，东西位于A~H轴线间，宽度为398m，屋面最大标高为52m，用钢量主站房约43000t、站台雨棚约32000t，钢结构安装量为“鸟巢”的1.7倍。
　　广州新客站主体采用新型的桥建共柱形式，站房地下层及00层为现浇钢筋混凝土结构，12.0m层为与铁路V构桥梁结合的现浇钢筋混凝土梁板结构，21.0m层采用大跨度预应力混凝土梁板与钢桁架梁柱组合结构，21.0m层以上及屋面钢结构采用大跨度钢结构体系，平面形状为边缘有突出的近似正方形，平面尺寸576m×475m。屋盖钢结构主要包括无站台柱雨棚、主站房弧形钢屋盖、中央采光带、入口大厅四个部分，其中无站台柱雨棚采用预应力索拱结构，主站房屋盖、中央采光带、入口大厅钢结构为钢桁架支撑的预应力索拱和索壳两种钢结构体系的组合。其屋盖支撑有Y型柱、三叉柱、树状柱，屋面有三角桁架、平面桁架、索拱桁架、索壳桁架和网壳。结构复杂新颖，构件之间采用焊接、铸钢连接、销轴连接、栓焊混合连接或铸钢与焊接混合的连接方式。
　　2施工方案的选择
　　由于广州新客站的结构采用“桥建合一”的结构体系，受力异常复杂。原设计按照建筑结构常规的“顺作法”进行施工设计，即:施工顺序由下而上，基础-地下层-地面层-站台层-高架候车层-屋面、桥梁及钢结构按照上述顺序交叉施工的方案。但由于需要安装的钢结构构件跨度大（最大86m）、单榀安装的构件重量重（最大重量107吨），采用的最大起重能力为500吨的履带吊机作业，如采用“顺作法”，由于21m高架候车层预应力砼结构上无法行走大型吊装机械（250吨以上的大型履带吊机），同时吊臂回转半径受限制，故钢结构安装只能采用“逆作法”施工方法。即在基础及桥墩施工完成后采用先吊装钢结构构件，待屋盖钢结构吊装完成后才施工12m承轨层、站台层及21m高架候车层的预应力砼结构。
　　3逆作法施工的可行性
　　根据广州新客站房的结构特点，采用逆作法施工，考虑到后期施工的预应力混凝土张拉时，屋顶钢结构预应力拉索已经张拉完毕，为了确保结构安全，需要对后期预应力混凝土张拉对屋顶钢结构的影响进行相应的施工模拟分析计算，采用有限元软件MADAS Gen 73，按确定的施工顺序建立施工阶段分析数据。后期预应力混凝土张拉施工对屋顶钢结构的影响，主要包括两部分：预应力拉索索力和钢柱柱顶位移。根据计算结果可知，预应力张拉过程，会引起屋顶钢结构预应力拉索索力的变化，并且各区预应力张拉对相邻区的拉索索力影响更明显，预应力张拉完毕后拉索索力与初始索力相比，总体变化不大，59%的拉索索力变化<10kN，索力变化超过100kN的仅占6%；预应力张拉过程中及张拉完毕后，钢柱柱顶位移变化很小。
　　对逆作法及顺作法模拟计算的结果如下：
　　
　　
　　典型拉索内力最大值/kN
　　
　　
　　典型截面构件应力最大值/Mpa
　　
　　
　　柱顶位移最大值/mm
　　
　　
　　根据以上计算结果表明，工程中逆作法施工对屋顶结构的影响较小。逆作法施工主要通过钢柱影响屋顶钢结构，与一次加载模型和顺作法施工相比，柱顶相邻区域的构件应力增加较多，其余区域的构件应力变化不大。需要对重点区域的构件受力按照实际施工方案复核，对部分索力需进行调整，以满足设计索力要求。由于屋顶钢结构的刚度较小，且大部分为预应力索拱结构，对边界条件的变化不敏感，因此，逆作法施工对上部结构影响不大，却可以使大型吊装机械得以应用，并提供足够的操作空间。并保证了工期目标的实现。
　　4站房工程钢结构安装
　　由于施工条件的限制，钢结构安装必须采用逆作法施工，即先安装钢结构屋盖（最大标高52m）、再施工21m高架候车层预应力钢筋混凝土楼板。
　　2.1 吊装施工方案的确定
　　根据本工程施工作业面大，各分部工程交叉施工范围广，结构类型众多且复杂，单个构件重量重及工期紧等特点，经综合研究、分析、计算，选用“分区施工、地面拼装、辅以临时支撑高空分段（分块）吊装、滑移及提升”的施工方案。
　　2.2 吊装用临时支撑布置
　　 根据施工方案，在钢结构分段吊装、安装时须布置临时支撑。结构未形成整体之前，并不能由结构构件本身来承担其自重及相关施工荷载，因此需搭设临时支撑，通过临时支撑将结构构件的自重和施工荷载有效地传递至作为安装作业平台的基础底板上。
　　 根据结构的构件类型，临时支撑包括如下几种类型：雨棚区“Y”型钢柱临时支撑；主站房斜柱临时支撑，三角桁架适时支撑，采光边桁架临时支撑，网壳索壳临时支撑等。根据设计计算，支撑选用四根立杆与角钢焊接形成的格构形式；根据其支撑构件的形式及所布的位置采用门式、连续门式及独立的支撑形式。
　　2.3 吊装通道的布置
　　 主站房在施工中将采用大型履带吊机进行吊装，为确保吊装的顺利及主要构件的拼装，在施工场地范围内布置吊机的通行及作业通道，并对地下室跨风道的位置采用搭设便桥的方式通过，同时对通道进行平整及回填，承载力不能满足吊机通行及作业要求时需铺路基箱。

　　2.4 钢结构构件的安装
　　 钢结构的安装流程及顺序如下：
　　2.4.1南、北雨棚区的构件安装：钢柱 →梯形桁架→ 索拱桁架 →檩条
　　2.4.2主站房区的构件安装：钢柱 →三角桁架 → 采光边桁架 → 索壳网壳单元 → 索拱 →檩条
　　2.4.3 +21m 楼板钢桁架的吊装方法：在21m施工完毕后，铺设滑移轨道，进行滑移、提升。
　　2.4.4 主要构件的安装方法
　　
　　典型钢柱安装方法站房柱顶部三角桁架的吊装方法
　　
　　网壳两侧采光加劲桁架的吊装方法 索拱桁架的吊装方法
　　
　　站房中央采光带索壳及网壳的吊装方法 +21m 楼板钢桁架的吊装方法
　　
　　
　　
　　站房工程钢结构安装完成后三维图
　　
　　5分批卸载及预应力张拉施工
　　本工程临时支撑支点多，整个工程结构中布置主要临时支撑点多达359处，并且结构中包含大量的预应力拉索，在主体结构完成后对预应力施工与临时支撑的拆除等施工难度非常大。结构卸载是将屋面钢结构从支撑受力状态下，转换到自由受力状态的过程。在保证现有钢结构临时支撑体系整体受力安全的情况下，主体结构由施工安装状态顺利过渡到设计状态的过程。卸载前检查临时支撑架自身的稳固情况，对重点部位必要时应进行加强；同时在卸载操作过程中加强对支撑及重点部位的构件进行观测，如发现异常即刻停止卸载并采取有效措施解除异常情况。
　　结合钢结构总体安装顺序和本工程的预应力张拉特点，确定结构的张拉安装流程如下：
　　3.1对于每榀索拱桁架在地面拼装，拼装完成后对桁架拉索初张拉，张拉力根据计算应保证支座间相对位移为零；
　　3.2将桁架吊装就位以后，中央采光带区、C-3(东入口)和C-4（西入口）区拉索张拉时互相不影响，因此随着安装逐步进行拉索张拉。
　　3.3 A-1～A-4、B-1～B-4和C-1～C-2区由于沿拉索轴线方向（数字轴线方向）相互影响较大，因此需要在一个分区全部完成后进行最终的张拉，一次张拉到设计张拉力。
　　3.4待全部桁架安装完成后，对结构变形进行检测，对个别误差较大的索桁架进行张拉微调。
　　3.5主站房屋顶钢拉杆主要作为稳定用，张拉力不大，因此互相影响较小，在地面进行安装，到高空进行张拉。张拉时采用由中间向两边进行张拉的方法，每次同时张拉一个网格中间的两根张拉杆。
　　3.6预应力钢索张拉采用双控，即预应力钢索的拉力及钢结构变形，在施工过程中进行测量、校对结构变形，以确保其在可控范围内。
　　6结束语
　　采用逆作法施工，根据实际观测结果及张拉记录显示结果与理论值相符，工程质量满足设计和验收标准的要求。由于优化了安装方案使工期大为减少，从而达到优质高效的完成安装任务，确保铁路客站与地铁共同投产运营、实现广州新客站的建设进度与武广客运专线同步、并满足广珠城际轨道交通、广深港客运专线等项目的铁路建设进度的要求。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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