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武漢火車(chē)站:大跨度異形空間曲面鋼桁架安裝工藝

作者:蔣官業(yè) 王朝陽(yáng) 賀振科 袁海軍 熊鳳霞    
時(shí)間:2012-11-19 09:56:20 [收藏]
武漢火車(chē)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(shí)間的前提下,采用了桁架散件與片狀結合安裝技術(shù),實(shí)現了中央站房的高質(zhì)與快速施工
    關(guān)鍵詞:

    [摘 要]: 武漢火車(chē)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(shí)間的前提下,采用了桁架散件與片狀結合安裝技術(shù),實(shí)現了中央站房的高質(zhì)與快速施工。
          [關(guān)鍵詞]:大型滑移胎架     吊裝單元劃分

    1  工程概況

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    圖1 武漢站三維示意圖
     

    中央站房由五個(gè)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(shù)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(jiàn)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(gè)單元網(wǎng)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(chǎng)施工環(huán)境,采用“大型滑移胎架”進(jìn)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(jiàn)施工方案進(jìn)行了思考,但都局限于武漢站的特點(diǎn)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(mǎn)堂腳手架或胎架)具有施工安全、方便定位等優(yōu)點(diǎn),但本工程施工工期十分緊張,原位設置腳手架,其安拆時(shí)間過(guò)長(cháng),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(jiǎn)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(diǎn)的布設困難;支撐體系復雜,高空對接就位質(zhì)量難以保證;提升施工不可預見(jiàn)風(fēng)險較大,結構體系見(jiàn)圖2。
     

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    圖2 鋼結構與橋梁關(guān)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(diǎn),其對施工質(zhì)量與進(jìn)度影響重大,針對橋建合一武漢站的特點(diǎn),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(chǎng)下料,高空直接組對相貫口及所有節點(diǎn)板,見(jiàn)圖3。
          方案優(yōu)點(diǎn):A、相對減少工廠(chǎng)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(chǎng)對接接頭。
          方案缺點(diǎn):A、單節點(diǎn)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(shí)須先后進(jìn)行,部分焊縫在高空無(wú)法施工焊,質(zhì)量難以保證;B、現場(chǎng)施工工作量增大(112300個(gè)相貫口、11500塊穿心節點(diǎn)板、9870個(gè)非穿心節點(diǎn)板、34300塊加勁板),工期難以保證;C、現場(chǎng)安裝測量定位困難,施工質(zhì)量難以保證,不可控因素多;D、節點(diǎn)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。
     

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    圖3 多管相貫節點(diǎn)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(chǎng)地進(jìn)行整體拼裝后,采用大噸位吊裝設備吊裝就位。
          方案優(yōu)點(diǎn):A、結構整體性相對較好;B、減少高空焊接工作量;
          方案缺點(diǎn):A、現場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小,無(wú)法提供拼裝作業(yè)面,只能進(jìn)行場(chǎng)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(shí)容易造成結構永久性損壞;詳見(jiàn)圖4。

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    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(chǎng)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(jìn)行吊裝。
          方案優(yōu)點(diǎn):A、不受拼裝進(jìn)度的影響,可多點(diǎn)位展開(kāi)施工;B、合適的構件大?。嫾w積18m*3m*2m),能充分高效的發(fā)揮常用運輸和吊裝機械的能力;C、將整個(gè)工程的工作量合理的分配給加工廠(chǎng)和現場(chǎng)安裝,更充分的發(fā)揮了各自的優(yōu)勢;D、將復雜節點(diǎn)(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(chǎng)施工,更好的保證了工程質(zhì)量;
          方案缺點(diǎn): A、相對增加了現場(chǎng)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(yōu)勢及缺點(diǎn),根據武漢站鋼結構的特點(diǎn),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(jiàn)圖5

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    圖5 桁架分段示意圖一

    4.2  桁架分段拼裝示意圖詳見(jiàn)圖6

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    圖6 桁架分段示意圖二(工廠(chǎng)加工)

    4.23 桁架節點(diǎn)示意圖詳見(jiàn)圖7

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    圖7 節點(diǎn)示意圖

    5  結論

    通過(guò)采用片狀與散狀結合安裝技術(shù),實(shí)現了鋼結構桁架的快速定位,高質(zhì)焊接,大大促進(jìn)行了現場(chǎng)的工期與質(zhì)量,為后續專(zhuān)業(yè)盡快插入施工提供了條件,同時(shí)此技術(shù)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(zhì)量驗收規范》GB 50205-2001
          【2】《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》JGJ81-2002
          【3】嚴慧 我國大跨度空間鋼結構應用發(fā)展的主要特點(diǎn) 2002(04) 
          【4】鮑廣? 鋼結構施工技術(shù)及實(shí)例 2005 
          【5】董石麟;羅堯治;趙陽(yáng) 大跨度空間鋼結構的工程實(shí)踐與學(xué)科發(fā)展 2005

    作者簡(jiǎn)介:蔣官業(yè),中建鋼構有限公司武漢分公司總工程師。
          聯(lián)系地址:武漢市武珞路456號新時(shí)代商務(wù)中心40層,430070。
     


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