银川火车站站房大跨度钢管桁架高空拼装技术
钱建，饶益民，蔡占聪²，焦提，舒小建
（1.萧江省建工集团有限资任公司，浙江杭州310012:2.兰州铁路局银川站改指挥部，宁夏银川750011）
[摘要]银川火车站站房设66m折线形钢管桁架，利用主体结构施工的塔式起重机吊装钢管桁架钢构件，现场搭设 满盘脚手架支撑平台进行钢管桁架的高空拼装焊接，实现了与主体结构的同时交叉施工.与整体吊装和整体提升工艺相比，高空拼装焊接工艺加快施工进度，节省施工措施费用.
[关键词】树结构；车站；站房；钢管桁架：高空拼装：支撑平台：相贯节点
[中图分类号】TU758[文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2011）22-0011-03
Assembly Technology of Large-spanSteelTube Truss at HighAltitude inYinchuanRailwayStationBuilding
(1.Zhejiang Contruetin Enginering Group Co. Lad. Hangzhou Zhjiang 310012 Chns; Qian Jian' Rao Yimin' Cai Zhancong². Jiao Ting' Shu Xiaojian' g y s
Abstraet;Sixty-six meters steel truss with polygonal line is applied at Yinchuan Railway Station building.The steel tube truss is hoisted by tower crane which is used in the main structure construetion. Supportplatform of full scaffold is erected to assemble and weld steel tube truss at high-altitude. Both the steeltube truss and the main structure are constructed simultaneously. Comparing with the method of overallhoisting and enhancing the method of assembling and welding at high-altitude can shorten the construetion period and save cost.
Key wordssteel structures; stations; station buildings;steel tube trusses;assembly at high altitude;support platform; interseetion joints
1工程概况
2屋面管桁架安装特点及难点
银川火车站改造工程位于宁夏银川市上海西结构，局部为大跨度钢结构，抗震设防烈度8度，地 下1层，地上4层，站房横向（东西向）总宽约63m，纵向（南北向）总长约243m，站房建筑面积29994.62m²，采用上进下出的旅客流线模式，日最高聚集人数5000人，属于大型铁路客运站.
钢结构屋面④-轴与~9轴对称布置，构路，原有火车站线路东侧，工程包括站房、雨篷、天桥件完全相同，两块相同的钢屋面和现浇混摄土三连及地下通道等四部分.站房为混凝土框架-剪力墙拱组成了2层候车大厅的屋面.单块钢结构屋面质量473t，整个钢结构屋面质量946t.钢结构屋面剖
轴，-轴的候车厅屋面为钢管桁架结构（见 站房二楼中部为大空间候车厅，层高13m，④-图1），主要构件为圆钢管，其中下弦部分-轴之间为口400×200×10×18箱形梁.其中上弦部分最大钢管为d500mmx20mm；下弦部分最大钢管 为Φ550mm×25mm.
图1钢管析架示意Fig.1 Steel tube truss
3高空分段拼装技术
4支撑平台搭设
4.1脚手架设计
面为折线形屋架（见图1）.由两福钢管桁架通过屋脊处的”人”字形屋架连接，组成屋架的主受力杆件.单福钢管桁架长66m，宽7m，高5.5m，总质量约为120t.
1)受到运输设备和现场加工条件的限制，钢管桁架只能在专业钢结构加工厂分段加工，预拼装后分段运输到施工现场，在现场进行拼装焊接.
械，还需提供整体吊装场地，若采用整体提升工艺需 2）若采用整体吊装方案需要大吨位的起重机要配备提升塔架和专业提升设备，并需要合适的拼装场地.整体吊装和提升均需等到结构混凝土达到一定强度，有相应的工作操作面后方可进行.
体系，单福钢管析架剖面为四边形，在与屋面杆件没 3）钢管桁架与钢构件组成空间屋面整体受力有形成整体受力体系前，桁架受力变形较大，不利于钢管桁架吊装.
具有复杂的相贯线和相贯节点构造，现场测量定位 4）锅管桁架的相贯节点包括平面和空间类型，有一定难度.
5）钢管桁架的相贯节点构造复杂，节点的焊接、焊缝质量不容易现场控制.
经过比选，钢管桁架采用高空分段拼装工艺，即先搭设用于承重和操作用的支撑平台，利用起重机械将钢管桁架的构件分段吊运到支撑平台上，在高空将分段构件拼装焊接成稳定的独立体系，并完成 钢管桁架及屋架构件的全部结构安装后，拆除支撑平台.
直接选用主体结构施工的QTZ63塔式起重机作为高空分段拼装的起重机械，对钢管桁架构件的分段位置的确定必须符合规范要求，同时考虑现场 加工拼装焊接及起重吊装.
采用448mmx3.5mm钢管扣件搭设满堂脚手架，上铺50mm竹脚手板，组成钢管桁架高空拼装支 撑平台.以单棍钢管桁架中心线为基准对齐，搭设件点的空间位置，设置杆件放置的限位块.的支撑平台宽12m，长63m，从站房2层候车厅结构层8.80m位置开始搭设钢管扣件式满堂脚手架，脚手架架体高13m.
钢管桁架重120t，搭设的支撑平台面积为756m²，支撑平台受到的钢管桁架自重均布荷载为器，将主管固定，对接后将耳板割除磨平.体设计时取1.8kN/m”，施工活荷载考虑2名施工人 员和1台电焊机取2.5kN/m”，风荷载取基本风压.中间向两边进行，以便控制装配累积误差，另外安装0.65kN/m².脚手架横向间距或排距1.0m，纵距
1.0m，步距1.50m，高13m.
4.2脚手架搭设
5钢管析架高空拼装
5.1总体安排部署
5.2拼装胎架测量
5.3弦杆拼装
将以上荷载和脚手架参数用PKPM建筑施工安全设施计算软件校核，448mmx3.5mm（验算采用3.0mm壁厚）钢管扣件满足施工安全搭设要求.
钢管扣件满堂脚手架的搭设工艺流程：测量放线→安放垫板→安故底座一竖立管并同时安放扫地板和栏杆. 杆→搭设水平杆→搭设剪刀撑一铺脚手板一搭挡脚
脚手架从站房2层候车厅结构层8.80m混凝土楼板上开始搭设，立杆底部设置50mm厚木垫板，范要求进行搭设，脚手架外围底部要满挂安全网，且 规格为15emx15em，以确保底板均匀受力.按照规用缆风绳绑扎在满堂架外立杆内侧.作业层外围设两道防护栏杆，高度分别为0.6m和1.2m，栏杆根部设挡脚板，高度≤18cm.作业层下步架设一道水平网，脚手架高度3.6m处设首层平网，往上每隔五 步设隔层平网，施工层设随层平网.
钢管桁架各构件依照吊装次序均分5段，采用弦杆件，并进行下弦杆拼装焊接：再吊装中弦杆件， 塔式起重机将构件依次吊装到支撑平台，先吊装下同时将中弦杆件拼装焊接：然后吊装下弦杆与中弦杆件之间的腹杆并拼装焊接，再依次吊装顶部弦杆并拼装焊接，最后吊装中弦杆与顶部弦杆之间的 杆并拼装焊接.
单福钢管桁架焊接成整体后进行支座连接处焊接，与支座连接形成受力体系.两棍钢管桁架拼装焊接完成后，最后进行屋面其他杆件的拼装焊接.
拼装胎架的测量与定位直接影响到钢管桁架的拼装质量.开始拼装前，对钢管桁架胎架的总长度、宽度、高度等进行全方位测量校正，然后对钢管桁架杆件的捌置位置建立控制网格，定出钢管桁架各构
高空分段整体拼装时，先吊装桁架弦杆，根据胎衬管，钢管段就位后在钢管桁架主管端部焊接4块 架底线及分段定位线进行定位，在钢管内部设置内耳板作为对接时连接耳板，钢管段就位后，把紧对接
弦杆安装就位后拼装桁架腹杆，腹杆安装时从时必须定出胎架中心线，不得任意切割相贯线接口.
5.5相贯节点焊缝质量控制
缝质量等级要求较高，因此相贯线端部的坡口加工两侧逐步拆除卸载方案.在关键支架支撑点部位， 尤为重要，采用HID-600EH和HID-900MTS数控相用全站仪进行现场全程观测，监测支架支点轴力变贯线切割机，坡口程序按美国标准AWS中的要求进化，确保临时支架和桁架的安全.管端当壁厚≥6mm及支管与主管间夹角>45°时应开坡口，当壁厚<6mm及支管与主管间夹角<25° 时可不开坡口. 相贯节点焊缝采用无间醇施工，趾部及两侧面、端部有坡口，焊缝相当于部分熔透的组合焊缝，内壁内凹及局部区域1~2mm尚存在不能全焊透，焊缝方法.根据文献[1]研究以及相关的加工经验，管 接头难与母材等强度连接.一般采用补强角焊缝的壁8~10mm时，将角焊缝的焊角尺寸增加3-5mm，可以消除未焊透问题，满足等强度连接条件.因此，焊缝由两侧的部分熔透焊缝过渡到角焊缝，焊脚尺 寸增加到1.5倍的钢管壁厚.相贯节点为一级焊缝，完成煤接24h后进行100%超声波探伤检测. 5.6钢构件涂装 安装过程中，从两边至中间依次进行现场防腐皮、铁锈、焊渣、焊疤、灰尘、油污及附着物彻底清除 涂装施工，采用电动工具将构件表面的毛刺、氧化干净，经处理的钢结构基层应及时涂刷底漆，每层涂刷的时间间隔≤5h，若超过最长涂装间隔时间，先用细砂纸将前道漆打毛，并清除尘土、杂质以后再进行 涂装.在每一遍通涂之前，必须对焊逢、边角和不易喷涂的小部件进行预涂. 漆膜检测采用湿膜测厚仪、干膜测厚仪，油漆喷涂后立即用湿膜测厚仪垂直按人湿膜直至接触到底材，然后取出测厚仪读取数值，完工后用干膜测厚仪 进行检测. 6支撑平台拆除 钢管扣件式满堂脚手架提供了钢管桁架高空拼装焊接的支撑平台，支撑平台的拆除将使钢管桁架由施工状态转变成设计状态，钢管桁架各构件将发 生内力重分布，必须确定合理的支撑平台的拆除顺序，确保钢管桁架支座的稳定，以及各构架受力与设计状态相吻合. 6.1拆除原则 支撑平台的拆除意味着钢管桁架的施工安装卸载，实际就是荷载转移过程，在荷载转移过程中，遵循“变形协调、卸载均衡”的原则，由于施工阶段的受力状态与结构最终受力状态不一致，拆除时不能 造成桁架结构局部受损或局部杆件应力集中. 通过施工验算分析可知，支撑平台拆除卸载过 行设定，割出的成型坡口完全满足焊接需要.支管6.2拆除措施 6.3施工监测 7结语 程中，支撑架由中间向两侧卸载相比由两侧向中间钢管桁架的构件以不同角度相贯，等强焊接，焊卸载，屋盖桁架结构的变形量要小，故采取从中间向 根据钢管桁架的受力特点以及现场的情况，将支撑平台划分为4个区（见图2），采用分区分段对 称拆除，同步监测，逐步拆除的方案.平台支撑架拆除顺序：第1区→第2区→第3区→第4区，并遵循东西对称、南北对称、从上至下的拆除顺序.脚手架的拆除遵循自上而下，先搭的后拆，后搭的先拆的原则，先横杆后立杆，逐层拆除. 图2分区及监测点布置 Fig. 2 Layout of partitions and monitoring points 钢管桁架安装过程中对支撑平台进行沉降监测，支撑平台的钢管支撑架沉降及垂直度均满足要求，确保了钢管桁架的拼装焊接质量. 支撑平台拆除前在钢管桁架下弦杆处设置监测点，每桁架对称布设10个（见图2）.第1区支撑点拆除后间隔3h后进行观测，观测完记录观测数据，再对第2区进行支撑点拆除，间隔3h后再次对 第1区及第2区进行观测，记录观测数据，依次进行第3，4区支撑点的拆除监测. 钢管桁架最大变形出现第2，3区，其中桁架ZHJ1第3区5号点最大变形63mm，ZHJ1a第3区551mm，ZHJ2a第2区2号点最大变形6mm. 号点最大变形63mm，ZHJ2第2区2号点最大变形 钢管桁架采用高空拼装焊接工艺，施工工艺筒单，操作方便，受施工影响较小，实现与主体结构混 凝土的交叉作业，相比整体提升和整体吊装施工工艺可以节省工期. 1）钢管桁架高空拼装焊接合龙时，先进行支座处的栓接，预留相应焊接位置，在5-10℃时进行焊接合龙，减少温度对钢管桁架变形的影响. 2）钢管桁架高空拼装焊接相贯节点的拼接焊缝是施工控制的重点和难点，从相贯节点的切割下（下转第16页） 张力）张拉，整体拼装后，进行第2级（100%初张术为现场钢结构施工提供了直观的指导. 通过计算表明，通过地面第1级（30%，40%初力）张拉，满足设计和施工规范要求. 3.3天桥施工过程仿真模拟分析 桥钢结构工程总体施工顺序，运用有限元分析软件 天桥的钢结构跨度大，单个构件质量大，根据天SAP2000，对天桥钢结构工程施工过程进行仿真模拟计算，形成数据文件以指导实际施工.通过施工过程仿真分析，得到天桥钢结构逐步成型过程中的过程中的薄弱环节进行掌控. 位移变形情况和构件的受力情况，以便对结构成型 天桥钢结构工程分两个区段施工，施工模拟分析天桥整体结构安装过程.天桥钢结构安装时，吊装主要采用80t履带式起重机，100.50，25t汽车式起重机进行安装.模拟分析计算时将混凝土支撑定 义为刚接节点，临时支撑部位定义为接节点，以结构自重乘以系数1.2为计算荷载，随着天桥钢结构的逐步成型及后续卸载，将天桥钢结构施工划分为23步，进行阶段施工分析. 由仿真模拟分析计算得出，在施工过程中构件的最大应力比≤0.4，最大变形≤84mm，满足设计和施工规范要求. 4应用效果 银川火车站复杂空间钢结构施工是一个从局部到整体成型的动态过程，不同的施工状态有不同的受力状况.通过模拟钢结构施工过程中的边界和荷载条件，得到钢结构安装到某一阶段的构件内力、位移变形情况，满足了设计和施工规范要求.依照此 模拟施工方案现场实施后，经现场监测，得到的数据 （上接第13页） 料到现场的拼接焊缝，必须建立完整的质量控制体系，确保相贯节点质量. 3）利用现场塔式起重机，钢管扣件式满堂脚手架搭设支撑平台，高空拼装相比整体吊装和整体提升工艺节省施工费用. 核论证，钢管桁架拼装焊接过程中需定期进行监测， 4）钢管扣件满堂脚手架需通过专项方案的审确保支撑平台的稳定安全. 5）支撑平台的拆除卸载是钢管桁架整体受力转换的关键.采取合理划分拆除区域，从中间往两边对称拆除卸载的方案.支撑平台拆除卸载前，屋 架下弦杆不受拉力，拆除后下弦杆开始受拉，整个钢屋架的自重在拆除过程中缓慢增加到钢管桁架的下弦杆，下弦杆缓慢变形，第2，3区拆除时出现最大变 5结语 参考文献： 参考文献： 与模拟仿真分析计算的数据基本相符，虚拟仿真技 施工虚拟仿真技术可以直观、科学地展示不同施工方法和施工组织措施的效果，尤其是对复杂的 空间钢结构，可以模拟分阶段施工的不同工况，以便得到施工过程中的危险阶段，采取措施进行有效控制，实现施工方案的优化.钢结构安装过程中受诸多因索影响，影响因素相互关联，通过模拟仿真计算分析和工程实践证明，结构最危险的阶段往往是施 工状态向最终设计受载转换状态.银川火车站钢结构虚拟仿真施工技术的应用，为项目管理提供了技术指导，确保了工程项目高效、优质地施工，给项目管理带来较好效益. 虚拟仿真施工技术将随着计算机技术的发展，逐步应用到建筑施工领域，推动建筑施工企业信息化建设. [1]郑亚文.虚擦仿真技术在建筑施工中的应用研究[J].施工技术 2009 38(12) :114-117.[2]张希黔，张利.虚报伤真技术在建筑工程施工中的应用现状 和展型[J].施工术，2001，30（8）:31-32.[3]雷军波，李肯其，工程施工中虚招伤真技术的应用[J].施工[4]张宏胜，江舟，张希爵，等，虚拟仿真技术在钢结构预应力拉 技术 2003 32(12)：20-21.索施工中的应用[J]-施工技术 2004 33（7）：10-12.[5]张希黔，石版，上海正大广场钢结构带装施工方案虚报仿真 系统[J].施工技术 2000 29（8）:9-11.[6]李国成，丁烈云，查晓雄，建拟仿真技术在钢-湿凝土组合结构施工中的应用[C】/中国钢结构协会明，微土组合结构 分会第十次年会论文集，2005， 形，与理论计算结果较接近，此时钢管桁架由施工状态转换成设计状态. [1]杨文伟.钢管析架相贯节点焊接质量控制[1].宁夏工程技术 2007 6(2) :170-173.[2]张喜一.元体育会展中心大跨度钢管析架安装技术[1].施 工技术 2004 33(11):32-34 [3]应，尹卫绎，起伟.澳门科技大学室内体育馆屋面弧形销 管架制造安装技术[C]//第二届全国例结构施工技术交瓷会论文集，2008.[4]余红英，焦框，饶益民，大两度例屋架高空拼装施工技术[J] 广东建材 2008 24(5)：54-56.[5]朱卖锋，李策，吴向东，等，大跨度空间钢管架拱施工技术[6]李维滨，施被，郭正兴，大跨度张微析架预应力张拉控制研究 []-施工技术 2007 36(6)：25-27.[J].东南大学学握：自然科学版，2003 33（5）：593-596.
