火车站站房大跨度钢管桁架高空拼装技术

摘要： 高空拼装大跨度钢构慵苁悄壳凹际跄讯冉洗蟮母止故┕は钅俊1疚慕岷掀胀慵芷醋熬验，针对火车站站房慵苁┕ひ求，特别采用了格构柱式慵芙峁梗减少了一部分钢材用量和材料成本，解决了以往散件拼装成本高、工期进度及施工安全没有保障的问题，取得了不错的经济效益。

Abstract： At present， high-altitude assembly technology of large-span steel pipe truss is one of the steel structure construction projects with high difficulty. Combined with the assembly experience of common truss， aimed at the construction requirements of truss construction of the railway station building， the built-up column truss is used to reduce steel consumption and the materials cost. It solves the problems of the high cost of parts and components assembly， project progress and construction safety without guaranteed， and gets good economic benefits.

关键词： 火车站站房；大跨度钢管桁架；高空拼装技术

Key words： railway station building；large-span steel pipe truss；high-altitude assembly technology

中图分类号：TU758.11 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）02-0128-03

0 引言

大跨度钢管慵埽在钢结构加工工厂里只能先制作散件，到施工现场安装时需要大量的支撑胎架、大量的高空作业，会占用过多的施工场地，增加相应的管理成本，并且质量、工期和施工安全都没有保障。

我国北方某火车站在改造施工中，需要对站房房顶大跨度慵芙峁菇行高空拼装。本工程结合以往慵芷醋熬验，采用格构柱式慵芙峁梗减少了一部分钢材用量和材料成本，解决了以往散件拼装成本高、工期进度及施工安全没有保障的问题，取得了不错的经济效益。

1 工程概况

我国北方某火车站改造工程，包括天桥、站房、雨篷以及地下通道这四个部分。站房为框架剪力墙结构，抗震防裂为8度，横向宽度约为63m，纵向长度约为242m，以上进下出模式进行设计。在该站房二楼，为层高13m的候车厅，主要构件为圆钢管。具体参数如图1所示，总体拼装流程如图2所示。

2 屋面桁架安装难点

在该车站钢结构屋面中，其4～9轴同12～19轴以对称方式进行布置，所使用的构件类型也完全相同，即由两块完全相同屋面同连拱共同对该车站的候车大厅屋面进行组成，整个钢结构屋面重量为935t。在该桁架安装中，存在着一定难点：

第一，由于桁架对现场加工条件和运输设备的要求很高，因此只能在专业加工厂中加工并拼装完毕后，才能运输到现场进行焊接；

第二，如果以整体方式进行吊装，则需要具有较大吨位的起重设备，这就需要对较大的吊装场地进行提供。而如果以整体提升方式进行施工，则需要在具有专业提升设备以及提升塔架的同时具有合适的拼装场地。而无论是整体提升还是整体吊装，都需要混凝土在达到一定强度之后才能进行；

第三，当钢构件同钢管桁架形成整体受力体系之后，单榀钢管桁架所具有的剖面为四边形状态，在同屋面杆件没有形成整体体系前，桁架可能会出现受力变形的情况，阻碍和制约桁架吊装工作的顺利进行；

第四，在钢管桁架中，其相贯节点包括有空间以及平面类型，且具有较为复杂的相贯节点以及相贯线构造，在现场进行定位往往存在着较大的难度；第五，钢管桁架在相贯节点方面也具有着较为复杂的特点，且在焊缝质量以及焊接方面也存在一定的难度。

3 高空分段拼装技术

在对多种方案进行比选之后，该工程使用了高空分段方式对钢管桁架进行拼装，即先对支撑平台进行搭设，以此对操作以及承重功能进行实现，通过起重机械的应用将钢管桁架构件以分段的方式吊运到支撑平台之后，再在高空将这部分构建在拼装、焊接之后形成具有稳定特征的体系。而当安装完构件以及桁架之后，再对该支撑平台进行拆除。在施工中，我们使用QTZ63塔式起重机作为拼装工作所使用的起重机械。在对构件位置进行确定时，在严格按照施工规范的同时根据现场实际对焊接以及吊装进行实现。

4 支撑平台建设

在本工程中，使用？准48mm*3.5mm钢管对脚手架进行搭设，在上方对45mm的脚手板进行铺设，共同对高空拼装支撑平台进行组成。同时，其使用单榀钢管桁架中心线为基准进行对齐，所搭设的平台长62m，宽12m。

4.1 脚手架设计

该桁架重量为120t，平台面积为745m2，在支撑中其受到来自桁架的自重荷载为1.48kN/m2。考虑到构件实际在堆放中可能存在的不均匀系数，脚手架在设计时我们以1.7kN/m2进行计算，活荷载方面对一台电焊机以及2名工作人员取2.5 kN/m2，风荷载即基本风压0.65 kN/m2。在脚手架布置方面，按照临时支撑结构设计图（详见图3）及作业流程（如图4所示），其横向排距以及间距为1m，步距1m，高12m。在上述各项参数设定之后，使用PKPM软件对荷载情况进行了校核，经校核所使用的钢管扣件能够满足施工安全性要求。

4.2 脚手架搭设

在对脚手架进行搭设时，首先进行测量放线工作，并进行垫板的安装。之后，在对底座安放完毕后对管进行树立，并对扫地杆进行设置。当对水平杆搭设完毕后，对剪刀撑以及脚手板进行搭设，并对栏杆以及脚板进行搭建。在布设设计方面，从该站点2层混凝土楼板区域进行搭设，并在脚手架底部对安全网进行挂满，使用缆风绳在满堂架内侧绑扎。在作业层，我们对防护栏杆进行了设置，一共有两道，分别为1.2以及0.6m。在栏杆根部位置，对挡脚板进行了设置，其高度在17cm以内。而在作业层下方，则对水平网进行了架设，往上每隔五步设隔层平网，施工层设随层平网。

5 钢管桁架拼装

5.1 总体部署

在整体布置方面，桁架不同构件根据其实际吊装次序的不同将其分为5段，并通过塔式起重机的应用将其吊装到支撑平台之中，按照图5所示，在对下弦杆件进行吊装之后再对下弦杆件进行拼装与焊接。之后，对中弦杆件进行吊装、拼装以及焊接，之后再对中弦杆件同下弦杆件间的腹杆进行拼装、焊接。只有将钢管桁架焊接成一个整体后，才能焊接支座连接位置，如此可保证两者之间的受力体系良好。当拼装、焊接两榀位置钢管桁架后，再拼装与焊接其他杆件。

5.2 胎架测量

要想确保最终的拼装质量符合要求，对钢管桁架进行胎架的定位以及测量是必要的。在正式开始拼装工作之前，应先对桁架胎架进行一个全面的测量及校正，然后在杆件搁置位置建立控制网格，基于此进行钢管桁架胎架的定位以及测量工作。

5.3 弦杆拼装

在高空对所有分段进行拼装时，需要先对桁架的弦杆进行吊装，并根据分段定位线以及胎架底线进行定位，在钢管内部对衬管进行设置之后在桁架主管端部位置对4块耳板进行焊接，使其作为我们后续对接过程中的连接耳板。当钢管段就位之后，则可以将对接器把紧，在固定好主管之后将耳板做好割除以及磨平工作。

5.4 腹杆拼装

按照图5所示，在对弦杆安装完成之后，则可以对腹杆进行拼装。在对腹杆进行安装时，需要按照从中间向两边的方式进行，以此更好地对装配积累误差进行控制，并做好胎架中心线的制定，避免出现随意对相贯线接口进行切割的情况。

5.5 焊缝质量控制

对于钢管桁架来说，由于其构件以不同的强度以及角度进行焊接，在焊接质量以及焊接技术方面则具有着较高的要求，在此种情况下，相贯线端部位置的坡口加工则成为了一项非常重要的工作。在该施工内容中，我们使用了HID-900MTS以及HID-600EH相贯线切割机，并严格按照AWS标准中要求对坡口程序中的参数进行设定，保证所切割的坡口能够对焊接需求进行良好满足。支管壁方面，当主管同支管间夹角在45°以上、或者当壁厚在6mm以上时开坡口，而如果两者间夹角在25°以内、或者壁厚在6mm以下时，则不可以开坡口。

相贯节点焊缝方面，我们以无间隙方式进行施工，且在两个侧面、端部以及趾部都具有坡口，焊缝相当于熔透的组合焊缝，在局部区域1～2mm以及内壁内凹区域，不能够全焊透，且木材同焊缝接头很难实现强度连接。对此，我们以补强角焊缝的方式进行施工。根据相关加工经验，当管壁在9mm左右时，在将角焊缝尺寸增加4mm左右时，则能够对未焊透问题进行较好的解决，且能够对等强度连接条件进行满足。对此，我们从焊缝量测熔透焊缝过渡到角焊缝，并将焊脚尺寸增加到钢管1.5倍壁厚，在焊接完成24h之后对其进行超声波探伤检测。

5.6 钢构件涂装

在内容安装中，要按照从两边向中间的方式进行现场涂装施工，并通过电动工具的应用做好构件表面铁锈、灰尘、油污、毛刺以及焊渣的清除，在对钢结构基层处理完毕之后，需要对底漆进行及时的涂刷，保证每一层底漆涂刷的时间应当在5h以内，如果由于其他原因使涂刷时间超出了最长间隔，则需要先使用细砂纸对前漆进行打毛，在对上方所存在的杂质、尘土进行清除后再进行涂装。而在每次进行通涂之前，也需要对边角、焊缝以及不易喷涂的部件进行预涂。检测方面，要使用干膜测厚仪以及湿膜测厚仪，在喷涂油漆之后使用设备进入到湿膜到底材后进行读数，并在工作完成后使用干膜测厚仪进行检测。

6 支撑平台拆除

工程的扣件式脚手架，对桁架的高空拼装提供了支撑平台，通过将该平台的拆除，则能够将桁架从之前的施工状态转变为设计状态，且在此过程中桁架内部不同构件也会产生内力的重新分布。在此情况下，就需要在该项工作开展之前对合理的拆除顺序进行制定，在对钢管桁架支座稳定性进行保证的同时保证设计状态同实际构架受力情况能够得到良好的吻合。

6.1 拆除原则

对支撑平台的拆除，就代表着桁架的卸载，也是一种荷载转移的过程。在该转移过程中，由于结构最终受力同施工受力具有着不一致的特征，对此，在拆除时则需要做好控制，避免出现局部杆件应力集中以及结构局部受损的情况。通过一定的施工验算，我们可以了解到，在对支撑平台进行卸载的过程中，支撑架由中间向两侧卸载相比由两侧向中间卸载，屋盖桁架结构的变形量要小，对此，我们以从中间向两侧的方式对卸载方案进行确定。在支架关键支撑点部位，则通过全站仪的应用在现场进行观测，通过对支点轴力变化的检测保证桁架以及临时支架的安全。

6.2 拆除措施

根据现场情况以及桁架受力特点，我们将该支撑平台划分为4个区，以分区、分段的方式进行拆除。在以1-2-3-4顺序进行拆除的同时，按照从上到下、东西对称、南北对称的方式进行拆除。在安装过程中，也需要对支撑平台做好沉降检测，保证其垂直度以及支撑架沉降情况都能够满足要求，以此对拼装焊接质量作出保证。在对支撑平台进行拆除之前，要在桁架弦杆位置对监测点进行设置，每榀桁架对称布设10个。在第一区支撑点拆除完毕后，在3h后进行观测，在对观测数据记录后再继续对下一区进行拆除。

7 施工效益分析

本文所述火车站大跨度钢桁架高空拼装作业取得了良好的施工效果，现场拼装过程中仅仅利用塔吊进行安装作业，不到十天就完成了桁架安装，且安装合格率为百分之百。该安装方法不仅缩短了大跨度钢桁架的安装时间，还大大降低了安装成本，受到了业主和监理的一致青睐。

①人员方面：该火车站站房慵芨呖掌醋暗募际鹾凸ひ账淙徊煌于普通慵馨沧肮こ蹋但人员安排与普通慵芄こ桃谎（详见表1），不需配备其它技术人员，所以相比之下人力成本并未增加。

②材料方面：与满堂支架拼装技术相比，该火车站站房高空拼装采用的是格构柱临时支撑体系，所用钢材比满堂支架结构少很多，节省了大约2万元的材料成本。

③高空拼装采用整体吊装方案，即在地面完成预拼装后直接整体吊装到位，与普通慵芄こ滔啾龋高空拼装不仅节约施工场地，而且慵馨沧敖度比较快，工期还不足10天，合格率100%，不需返工，仅拼装作业环节就直接节省了3万元的管理费用。

8 结论

本文所述火车站站房大跨度钢管桁架高空拼装技术，不仅操作简便、工艺简单，且受到施工影响非常小，能够在保证工作质量的同时起到了节约工期的效果，取得了不错的经济效益。在现实条件下，可以根据不同安装工程的作业要求，合理调整高空拼装技术的技术要素和参数设置，使其能够广泛应用于更多工程领域。

参考文献：

[1]颜承志.大跨度钢管桁架的施工工艺[J].山西建筑，2007（28）：161-162.

[2]王杰，王俊平，王治辉.空间钢管桁架几何尺寸对其内力变化的影响[J].科学技术与工程，2010（03）：812-814.

[3]田雨华，郑江华，苏立亮，张有为.大跨度钢管桁架施工技术[J].钢结构，2012（01）：64-68.

[4]田凯.芜湖海螺湾钢管桁架设计和分析[J].工程与建设，2013（02）：196-197.

[5]康震.大跨度拱形钢管桁架制作安装实例介绍[J].城市建筑，2013（04）：66-68.

[6]孙鹏，殷朗.大跨度梭形钢管桁架安装过程的数值模拟分析[J].安徽建筑，2013（06）：142-143.