京滬高鐵南京南站鋼結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)為雙層焊接球網(wǎng)架,長(zhǎng)452m,寬216m,投影面積9萬(wàn)余平方米,支座安裝高度為40.4m,屋頂標(biāo)高為59.96m。采取高空分塊單元滑移就位施工工藝,滑移最遠(yuǎn)距離為375 m,單塊最大面積216 m X43 m。在施工過程中,網(wǎng)架的卸載是多個(gè)滑移單元合攏后卸載,一次最大卸載面積達(dá)216 m X107.5 m。利用大跨度鋼網(wǎng)架的柔性,采取多臺(tái)液壓千斤頂,分軸不同步卸載。既保證了卸載的效率,又保證了結(jié)構(gòu)的安全及施工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:高空滑移;特大型焊接球鋼網(wǎng)架;大面積鋼網(wǎng)架分軸不同步卸載。
1 南京南站鋼結(jié)構(gòu)屋蓋工程概況
南京南站站房屋蓋鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu):為雙層焊接球網(wǎng)架,長(zhǎng)452m,寬216m,投影面積9萬(wàn)余平方米,支座安裝高度為40.4m,屋頂標(biāo)高為59.96m。屋蓋造型為周邊低中間高,四周均懸挑于柱外,其中南北向懸挑達(dá)30m;支撐網(wǎng)架的柱網(wǎng)布置不均,東西向?yàn)?2m、72m、42m,南北向分別為21.5m、40m、43m等共計(jì)68根φ1600×50mm鋼管柱,鋼管柱材質(zhì)為Q390C;鋼網(wǎng)架屋蓋的基本構(gòu)成單元—鋼管柱、萬(wàn)向鉸支座、焊接球、桿系等網(wǎng)架層結(jié)構(gòu)鋼采用Q345C。屋蓋焊接球鋼網(wǎng)架的三維效果圖見圖1所示,網(wǎng)架的典型節(jié)點(diǎn)見表1。
圖1 屋蓋焊接球鋼網(wǎng)架的三維效果 京滬高鐵南京南站
表1 網(wǎng)架連接節(jié)點(diǎn)一覽表 房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)
2 南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)
2.1 南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架工程的特點(diǎn)
(1)結(jié)構(gòu)體系單純、結(jié)構(gòu)造型規(guī)則
站房屋蓋結(jié)構(gòu)為單純的大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系,而且整體造型比較規(guī)則,構(gòu)件種類及節(jié)點(diǎn)型式也相對(duì)少。因此,無論是在結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)造型方面,還是在構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)方面,本工程并沒有特殊性,屬于常規(guī)性的大體量網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程。
(2)工程體量大、構(gòu)件數(shù)量多
屋面網(wǎng)架經(jīng)四周懸挑后達(dá)到約9萬(wàn)余平方米,整體鋼結(jié)構(gòu)總重量約達(dá)8000余噸(不含藻井、馬道、屋面構(gòu)件等)。網(wǎng)架構(gòu)件規(guī)格普遍較大,桿件2.4萬(wàn)余根,最大桿件為ф457×32;焊接球6702個(gè),最大球?yàn)椐?00×22。
(3)安裝跨度大、安裝高度高
屋面網(wǎng)架安裝跨度東西向?yàn)?2m、72m、42m,南北向?yàn)?1.5m、40m、43m等,跨度普遍較大;高度高度從41.200~58.164米(不包括藻井屋脊高度),且四周均為懸挑,最大懸挑達(dá)30米。
(4)高空拼裝焊接量大
現(xiàn)場(chǎng)拼裝、焊接多為高空拼裝、焊接,高空作業(yè)多,焊接條件差,難度高。
(5)組織、協(xié)調(diào)工作量大
屋面網(wǎng)架施工受現(xiàn)場(chǎng)諸多條件限制,網(wǎng)架的設(shè)計(jì)特征以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件,決定了網(wǎng)架工程的組織協(xié)調(diào)量很大,尤其網(wǎng)架的東西兩側(cè)位于無站臺(tái)柱雨棚上方(懸挑30米)與站前工程施工交叉,且滬漢蓉場(chǎng)已經(jīng)通車。
2.2 南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架工程的難點(diǎn)
(1) 可控選擇的施工工藝少
關(guān)于本工程的屋面網(wǎng)架施工方案,自投標(biāo)階段,已經(jīng)進(jìn)行過多次專家論證:均認(rèn)為滑移是最適合本工程的施工工藝。這樣既解決了,構(gòu)件、技術(shù)措施的垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸問題,又有效的解決了與雨棚施工(和站臺(tái)、股道鋪軌)之間的沖突;
(2) 既能滿足質(zhì)量、安全目標(biāo),又能實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)的科學(xué)組織難度大
工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)優(yōu)“魯班獎(jiǎng)”,安全目標(biāo)是杜絕重傷、死亡事故,輕傷事故率低于0.1%;同時(shí)須保證已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的鐵路線,不受施工影響。
(3) 場(chǎng)地條件苛刻
狹長(zhǎng)的施工區(qū)域,僅有南北兩端能夠利用,大量的技術(shù)措施材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的水平運(yùn)、垂直運(yùn)輸輸難度大。
3 關(guān)鍵技術(shù)
在綜合工程的特點(diǎn),充分分析工程的難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架采取了“分單元高空滑移+組合單元卸載就位”的施工方法。
3.1 工藝流程
施工準(zhǔn)備→滑移單元分塊→滑移系統(tǒng)安裝→滑移單元拼裝、焊接、檢驗(yàn)→滑移設(shè)備安裝調(diào)試→滑移→過程檢測(cè)→就位→填補(bǔ)滑移單元件桿件→大單元卸載→測(cè)量監(jiān)控→形成整體
3.2 滑移單元的劃分
滑移單元和散裝區(qū)域劃分情況,見圖3.2所示。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面條件及安裝施工機(jī)械的選擇等各種因素進(jìn)行劃分。
圖3.2 滑移單元和散裝區(qū)域劃分圖 京滬高鐵南京南站
鋼網(wǎng)架滑移分片單元?jiǎng)澐智闆r,見表3.2所示。
表3.2 鋼網(wǎng)架滑移分片單元?jiǎng)澐謪?shù)表
注:此分片單元按照1.5倍滑移單元自重考慮;
3.3 滑移設(shè)備選型及滑移工藝流程
3.3.1 滑移設(shè)備選型
(1) 鋼網(wǎng)架屋蓋最大滑移單元,計(jì)算重量約為1020噸(編號(hào)S-1),荷載不均勻系數(shù)取為1.3,滑移啟動(dòng)瞬間最大摩擦系數(shù)取為0.3,軌道1、軌道4的最大豎向力均為128噸,軌道2、軌道4的最大豎向力均為380噸。軌道1、4的最大滑動(dòng)摩擦力分別為F=μN 180*0.3=54噸,軌道2、3的最大滑動(dòng)摩擦力分別為最大滑動(dòng)摩擦力F=μN=380*0.3=114噸。
(2) 推進(jìn)力:考慮荷載不均勻系數(shù),軌道1、4的推進(jìn)力=54*1.3=70噸,考慮荷載不均勻系數(shù),軌道2、3的推進(jìn)力=114*1.3=148噸。
(3)依據(jù)上述摩擦力及推進(jìn)力,均選取CSCEC-1000型數(shù)字液壓同步爬行機(jī)器人,單臺(tái)滑移推進(jìn)力為100噸!
3.3.2 滑移工藝流程
數(shù)字液壓同步爬行機(jī)器人依托夾緊裝置夾緊軌道的邊沿作為反力支撐點(diǎn),利用爬行機(jī)器人液壓缸的伸、縮缸來推進(jìn)或牽引構(gòu)件水平滑移。數(shù)字液壓同步爬行機(jī)器人工作示意圖3.3-1~3.3-4如下:
圖3.3-1 步驟1 房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)
步驟1、爬行機(jī)器人夾緊裝置中楔塊與滑移軌道夾緊,液壓缸前端活塞桿銷軸與滑移構(gòu)件(或滑靴)連接。通過液壓缸伸缸,推動(dòng)滑移構(gòu)件向前滑移。
圖3.3-2 步驟2 房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)
步驟 2、爬行機(jī)器人液壓缸伸缸一個(gè)行程,構(gòu)件向前滑移250mm。
圖3.3-3 步驟3 京滬高鐵南京南站
步驟3、一個(gè)行程伸缸完畢,滑移構(gòu)件不動(dòng),爬行機(jī)器人液壓缸縮缸,使夾緊裝置中楔塊與滑移軌道松開,并拖動(dòng)夾緊裝置向前滑移;
圖3.3-4 步驟4 房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)
步驟 4、爬行機(jī)器人一個(gè)行程縮缸完畢,拖動(dòng)夾緊裝置向前滑移250mm。一個(gè)爬行推進(jìn)行程完畢,再次執(zhí)行步驟1工序。如此往復(fù)使構(gòu)件滑移至最終位置。
3.4 卸載設(shè)備的選型及卸載工藝流程
3.4.1 卸載設(shè)備的選型
根據(jù)最大的組合卸載單元的重量,按照每條軸線(①、③、⑥、⑧四個(gè)軸)上,每個(gè)卸載支點(diǎn)的最大荷載(Q),及整條軸線上的最大荷載(Q和)選擇卸載千斤頂。本工程最終選用:TDYG50-200型千斤頂8套。
3.4.2 卸載工藝流程
就位卸載工藝流程
3.5 滑移及卸載過程中的工況分析
3.5.1 滑移工況分析(由于篇幅所限,僅對(duì)其中最大滑移單元H3進(jìn)行介紹)
滑移單元安裝完成時(shí)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形如圖3.5-1~4所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,安裝完成時(shí)x方向最大位移約14mm,y方向最大位移約21mm,z方向最大位移約88mm;最大壓應(yīng)力約為-240MPa,最大拉應(yīng)力約為215MPa。
圖3.5-1 H-3安裝完成時(shí)應(yīng)力分布圖(MPa)
圖3.5-2 H-3安裝完成時(shí)x方向變形圖(豎向:mm)
圖3.5-3 H-3安裝完成時(shí)y方向變形圖(豎向:mm)
圖3.5-4 H-3安裝完成時(shí)z方向變形圖(豎向:mm)
3.5.2 卸載工況分析
(僅對(duì)一個(gè)最大的組合單元進(jìn)行,卸載工況進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析。)拼接后卸載頂升不同步——最大5mm時(shí),卸載單元的應(yīng)力、應(yīng)變情況。
-279MPa/220MPa
-189MPa/231MPa
結(jié)構(gòu)的安全滿足設(shè)計(jì)要求!
4 實(shí)施過程圖片
圖4.1 滑移啟動(dòng)及滑移軌道系統(tǒng)
圖4.2 頂升卸載就位
圖4.3 脫架卸載千斤頂
圖4.4 分區(qū)域卸載千斤頂
圖4.5 滑移區(qū)域銜接帶安裝
5 結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程的施工難度越來越大,對(duì)施工技術(shù)的要求越來越高,在充分研究成熟的滑移工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)出一種高同步性的滑移頂推技術(shù)非常有必要,既能為本工程所用,又能為今后施工提前作技術(shù)儲(chǔ)備。
本技術(shù)的成功應(yīng)用,保證了南京南站站房工程的工期、質(zhì)量與安全目標(biāo);促進(jìn)了大型跨線鐵路站房鋼屋蓋體系施工技術(shù);為我公司積累了相關(guān)領(lǐng)域的施工經(jīng)驗(yàn),為承接后續(xù)工程奠定了基礎(chǔ)。
作者簡(jiǎn)介: 吳聚龍,1996年畢業(yè)于重慶建筑大學(xué),中建八局高級(jí)工程師
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