大跨度悬垂梁及预应力斜拉索施工技术总结.doc

北京南站改扩建工程 大跨度悬垂梁及预应力斜拉索施工技术 应用技术总结 张建设 袁振兴 史兰明 张力光 1. 应用情况简介 北京南站站房东、西两侧设有无站台柱雨篷，结构形式为大跨度钢结构轻质屋面，建筑设计成扇贝造型。雨篷结构主要包括支承于轨道层-1.600m标高的A字型塔架柱及其所支撑的屋面环梁、主梁、次梁及支撑等上部结构两部分。屋面主梁设计为悬垂下弯曲线形工字钢梁（以下简称悬垂主梁），截面形式为600×350×10×20mm、450×200×8×12mm（构件主要材质Q345C），东、西雨篷区对称布置，共计188根。每三根悬垂主梁组成一个结构单元，间距为6866mm，中间设有H型钢次梁及圆管支撑。悬垂主梁设计最小跨度为9772mm，最大跨度为67500mm，设计最大下垂高度为6464mm，单榀最大重量为10.5吨。 每榀悬垂主梁通过其两端的耳板与A字型塔架柱上的耳板及其前后环梁上的耳板用销轴铰接相连，将内、外、中A字型塔架柱和环梁连为一个整体，形成一个完整的屋面。悬垂主梁下部设有预应力拉索，以抵抗向上的风荷载。雨篷屋面结构单元详见图1所示： 图1：雨篷屋面结构单元图 悬垂主梁与A字型塔架柱、环梁连接节点图如图2、3所示： 图2：主梁与A字型塔架连接节点 图3：主梁与环梁连接节点 预应力斜拉索根据悬垂主梁结构单元，将东、西雨篷分别划分为15榀预应力钢结构桁架，两区沿轴线对称布置。全部30榀桁架均为两跨，每跨配置12至24根钢拉索。索体采用两种规格，一种规格强度等级为1570MPa的 6×37+1WS钢丝绳 6×37+1WS钢丝绳图4：拉索及悬垂主梁结构大样 图5：雨篷悬垂主梁及斜拉索平面布置图 2．雨篷悬垂主梁及斜拉索设计原理 北京南站雨篷结构屋面设计建筑造型为双曲面，屋面各类荷载通过H型钢悬垂主梁传递到主桁架上，再通过主桁架经A字型塔柱传递到混凝土基础上，为了确保建筑造型和结构受力，将雨篷结构主梁设计为高600及450mm的钢 3.2.1悬垂主梁地面拼装 悬垂主梁为弧形且跨度大，为便于加工制作、安装，根据每根悬垂梁的长度，将每根梁分为几个分段加工制作，运输到安装现场后在地面拼装为2～3个吊装段进行分段吊装。 图6：悬垂梁吊装分段拆分图 图7：悬垂主梁地面拼装 3.2.2临时支撑托架布置 在每个吊装分段的接口部位根据接口处位置悬垂主梁的控制标高设置临时支撑托架，此临时支撑托架作为吊装时的支撑及悬垂主梁的高空定位拼接平台。临时支撑托架采用钢管格构柱。在施工过程中对临时支撑托架应进行相应的工况、变形及承载验算，以确保施工的安全。 图8：临时支撑托架布置示意图 主梁最大分段重量约为6.0t，故设置胎架应在其胎架上端设置端头定位钢板，以利于荷载分散及悬垂主梁此分段点处标高的控制。具体见图9： 图9：临时支撑托架顶部构造 临时支撑托架底部与基面连接形式：施工中为尽可能减小支撑沉降对结构的影响，在支撑格构柱下端垫设比支撑截面稍大的柱脚钢板并用钢楔将制成与地面垫实。 图10：临时支撑托架底部构造 图11：悬垂主梁安装用临时支撑 3.2.3悬垂主梁吊装流程 雨篷上部悬垂主梁安装根据结构平面形式划分成安装单元，每个安装单元由与A字型塔架柱相连的一根主梁和与其相邻的两根梁及此三根梁之间的次梁及支撑构件组成。 以一个标准单元说明吊装的流程（悬垂主梁分两段进行安装的情况）：首先已完成本单元及下一单元的塔架安装，同时塔架间的环梁及边桁架也已安装完成 临时支撑托架安装 中间主梁安装 两边主梁安装 次梁及支撑。具体作业工况如下所示： 图12：主梁吊装临时支撑托架设置 图13：分段吊装单元内中间两根主梁 图14：按同样方式安装其余四根主梁 图15：安装主梁间的次梁及支撑 按照上述步骤进行下一单元内构件的安装直至雨篷钢结构安装完毕。 悬垂主梁吊装时应注意以下技术要点：悬垂主梁分三段进行吊装时，先吊装与A字型塔架柱及环梁相连的两个端部分段，使其一端固定于A字型塔架（或环梁）上，另外一端放置于临时支撑托架上。利用该两段端头销接的结构特点，用全站仪分别对这两个吊装分段进行校正，将悬垂主梁整体直线度，跨中垂直度，控制点标高调整到安装设计值后，再将中间分段直接吊装就位，能有效的保证悬垂主梁的安装质量及精度；悬垂主梁分两段进行吊装时，两段依此吊装，并分别对两个吊装分段进行轴线及标高校正，再进行对接头焊接，最终确保安装精度。 图16：先吊装两端销接分段 图17：吊装悬垂主梁分段 3.2.4屋面钢结构卸荷及结构位移测试 为避免主梁安装临时托架拆除时对结构造成影响，采取分阶段拆除的方式进行，即每完成相临两个悬垂主梁单元安装并形成局部稳定体系，并开始进行第三个