鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
[摘 要]: 武漢火車站鋼結構包括中央站房結構、樓面結構、雨棚結構和附屬結構。中央站房部分為武漢站施工最為復雜的區域，在有限的空間與時間的前提下，采用了桁架散件與片狀結合安裝技術，實現了中央站房的高質與快速施工。
[關鍵詞]:大型滑移胎架 吊裝單元劃分
1 工程概況
圖1 武漢站三維示意圖
中央站房由五個主拱作為支撐，截面為橢圓變截面鋼管，單拱最大跨度116m，最大拱頂中心標高為58.157m，拱上有樹枝狀V型錐管支撐，用于支撐縱橫管桁架形成的屋蓋結構,見圖1。屋蓋投影面積為307.813m×184.00m，縱橫桁架將屋蓋結構劃分為58×33個單元網格，橫軌桁架為空間雙曲雙拱結構，順軌桁架為平面桁架，橫軌桁架為屋蓋結構的主受力構件。
2 總體方案選擇
武漢站建筑造型、結構形式以及現場施工環境，采用“大型滑移胎架”進行施工，即在結構原位下方分區搭設大型滑移胎架支撐體系，結構部件吊至高空組對安裝，結構單元片區形成整體穩定后，胎架滑移至下一區間施工。
本項目在施前還針對大跨度鋼結構其它常見施工方案進行了思考，但都局限于武漢站的特點而不適合。
A、原位胎架施工法
針對一些工期相對輕松的工程，原位胎架（原位滿堂腳手架或胎架）具有施工安全、方便定位等優點，但本工程施工工期十分緊張，原位設置腳手架，其安拆時間過長，將極大的影響后續土建施工。
B、提升施工法
對于規整的單層、支撐簡潔的多層平面結構，比較適合采用提升法施工。
就本工程而言，結構剛度相對較弱，提升點的布設困難；支撐體系復雜，高空對接就位質量難以保證；提升施工不可預見風險較大，結構體系見圖2。
圖2 鋼結構與橋梁關系
3 吊裝單元的劃分與選擇
選定了胎架滑移施工整體安裝方案，吊裝單元的劃分與選擇方式又將成為研究的重點，其對施工質量與進度影響重大，針對橋建合一武漢站的特點，共有三種單元劃分形式：1、散件(相貫桿件)高空拼裝；2、大單元地面拼裝整體吊裝；3、散件與片狀結合施工。
3.1 散件(相貫桿件)高空拼裝
主要施工方法：桁架所有桿件在工廠下料，高空直接組對相貫口及所有節點板，見圖3。
方案優點：A、相對減少工廠及地面拼裝工作量，降低了構件運輸要求；B、桿件直接焊接，相對減少了現場對接接頭。
方案缺點：A、單節點相貫桿件數量較多且重疊相貫，另有多板穿插其中，組對、施焊時須先后進行，部分焊縫在高空無法施工焊，質量難以保證；B、現場施工工作量增大（112300個相貫口、11500塊穿心節點板、9870個非穿心節點板、34300塊加勁板），工期難以保證；C、現場安裝測量定位困難，施工質量難以保證，不可控因素多；D、節點焊接量大且集中，焊接變形大，容易形成較大的焊接殘余應力，對結構整體受力不利。
圖3 多管相貫節點示意圖
3.2 大單元地面拼裝整體吊裝
主要施工方法：將2-3榀桁架在拼裝場地進行整體拼裝后，采用大噸位吊裝設備吊裝就位。
方案優點：A、結構整體性相對較好；B、減少高空焊接工作量；
方案缺點：A、現場施工場地狹小，無法提供拼裝作業面，只能進行場外拼裝，但限于道路及橋梁施工影響很難運輸；B、兩片結構體積通常達18.75m*8m*7.5m，單塊整體剛度較差，吊裝運輸時容易造成結構永久性損壞；詳見圖4。
圖4大單元吊裝示意圖
3.3 散件與片狀結合施工
主要施工方法：根據現場運輸道路及塔吊起重能力將桁架分成部件（高度大的分上下弦及腹桿，其它的整片分段）高空進行吊裝。
方案優點：A、不受拼裝進度的影響，可多點位展開施工；B、合適的構件大小（構件體積18m*3m*2m），能充分高效的發揮常用運輸和吊裝機械的能力；C、將整個工程的工作量合理的分配給加工廠和現場安裝，更充分的發揮了各自的優勢；D、將復雜節點（多管相貫和多板貫穿桿件以及加勁板的焊接）的焊接放在了加工條件更好的工廠施工，更好的保證了工程質量；
方案缺點： A、相對增加了現場對接接頭；B、變形需嚴加控制。
綜上，三種吊裝單元的劃分均有其優勢及缺點，根據武漢站鋼結構的特點，選擇 “散件與片狀結合施工”。
4 具體的分段原則
4.1 桁架分段示意圖詳見圖5
圖5 桁架分段示意圖一
4.2 桁架分段拼裝示意圖詳見圖6
圖6 桁架分段示意圖二（工廠加工）
4.23 桁架節點示意圖詳見圖7
圖7 節點示意圖
5 結論
通過采用片狀與散狀結合安裝技術，實現了鋼結構桁架的快速定位，高質焊接，大大促進行了現場的工期與質量，為后續專業盡快插入施工提供了條件，同時此技術為此后大跨度空間桁架結構的安裝提供了參考，拓寬了思路。
參考文獻
【1】《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205-2001
【2】《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002
【3】嚴慧 我國大跨度空間鋼結構應用發展的主要特點 2002(04)
【4】鮑廣? 鋼結構施工技術及實例 2005
【5】董石麟;羅堯治;趙陽 大跨度空間鋼結構的工程實踐與學科發展 2005
作者簡介：蔣官業，中建鋼構有限公司武漢分公司總工程師。
聯系地址：武漢市武珞路456號新時代商務中心40層，430070。
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