秦勇
湖北汉十城际铁路有限责任公司 湖北省 武汉市 430000
摘要：钢桁架是指由轴心受力构件（拉杆和压杆）相互连接组成的格构式构件，用以承受横向荷载和跨越较大的空间。随着近些年我国高速铁路行业的快速发展，越来越多的高铁客站屋盖工程中应用了大跨度钢桁架。本文以新建武汉至十堰铁路孝感至十堰段安陆西站站房工程屋面钢结构安装为例，对高铁客站中高空散装法大跨度钢桁架屋盖工程施工进行了详细的阐述。
关键词：大跨度；钢桁架；屋盖工程；高铁客站；应用
1、工程背景及设计概况
汉十高铁安陆西站站房工程，位于湖北省安陆市。安陆西站长168m，宽77m，大屋面檐口标高为14m，最高处为22.8m，最大跨度60m。站房屋盖为钢结构桁架，采用方钢管作为水平支撑构件，桁架支座采用抗拉球形支座。桁架均为平面桁架，桁架截面最大高度为4.8m，桁架最大矢高约11m。桁架采用下弦支承的方式，桁架支座采用抗拉固定球形钢支座及抗拉双向滑动球形钢支座，共计43个支座，支座与混凝土柱顶预埋件焊接连接。桁架杆件主要为箱型及菱形截面，局部弦杆为变截面杆件，最大尺寸为“口800×500×30×30、◇800×300×30×30”。
2、大跨度钢桁架屋盖工程安装思路及措施
2.1 重难点分析
本工程屋盖桁架节点较为复杂，构件制作精度要求高，如何保证构件的深化及加工的质量和进度以满足现场安装进度及质量，使现场安装人员对到场构件的查找做到快捷、准确，这对构件的深化和加工管理是一个需要重点把控的环节。
本工程屋盖桁架存在跨度大、重量大，现场吊装条件差等特点。其中ZHJ01净跨达60m，其总重量达107t，属于超过一定规模的危大工程。钢屋盖桁架通过支座与钢筋混凝土柱连接，柱顶标高9.405~14.380m，屋盖下方为钢筋混凝土框架结构，吊装机械的吊装受土建结构影响较大，容易出现吊车打臂情况，吊装危险性较大，施工难度大。
2.2 问题解决措施
抽调深化设计骨干力量组成深化小组，迅速进行图纸会审，列出本工程的深化重难点。由资深深化人员担任组长，对深化图纸进行审核。深化过程中及时与设计方进行有效沟通，确保深化设计符合原设计意图，从源头上保证钢结构工程质量。保持与现场技术人员的沟通，确保构件现场能顺利吊装就位，并尽可能减小现场吊装及焊接量以提高安装效率，达到降本增效的目的。
根据本工程结构特点及现场条件综合分析，安陆西站钢屋盖下方无地下室结构，吊装机械可进入到候车厅内进行吊装，减小吊装作业半径，提高吊装效率。中部ZHJ01超长、超重桁架采用分段吊装的方式，在两榀桁架的斜交节点处分段，该处搭设临时支撑胎架，首先吊装斜交“X型”节点，然后吊装其余分段桁架，ZHJ01及桁架间的次桁架和支撑构件吊装完成后，再进行南北两侧桁架的吊装，桁架在地面拼装好后整体吊装，减少现场支撑架的搭设，提高吊装效率，缩短工期，同时有效减少高空焊接量。主次桁架节点为全焊接节点，根据节点特点，深化设计阶段在主桁架上设置次桁架对接牛腿，将节点焊接工作放在工厂，这样能有效保证节点焊接质量，降低现场安装难度。
2.3 吊装机械的选型
根据徐工XGC150-I履带吊、中联QY50汽车吊、中联QY25汽车吊性能参数，本工程主要桁架的吊装采用150t履带吊，局部次桁架及外围悬挑桁架采用50t汽车吊吊装，桁架地面拼装、屋面支撑构件及檩条吊装采用25t汽车吊。
2.4 大跨度钢桁架屋盖工程安装思路
屋盖中部两榀60m跨度的斜交主桁架为结构体系的核心，现场吊装从中部开始，首先完成屋盖主桁架的吊装，并及时吊装中部主桁架间的次桁架及支撑构件，屋盖形成主要受力体系后，再依次安装南北两侧的主次桁架并穿插安装支撑构件，最后安装屋盖外围悬挑桁架，桁架安装完成后进行屋面檩条的安装。
中部两榀60m跨度桁架采用分段吊装的方式，在斜交“X型”节点处分段，其余桁架均整榀吊装，不再分段，减小现场支撑措施量，加快吊装速度。现场主要采用150t履带吊进行桁架的吊装，50t和25t汽车吊配合局部次桁架和次构件的吊装。在中部搭设一个支撑胎架，首先吊装X型节点，然后吊装其余主次桁架及支撑次构件。本工程桁架尺寸超过运输限制条件，因此构件均以散件形式发送至现场，桁架均在地面上分段拼装，然后整榀吊装。部分桁架长度超长，根据现场实际情况，桁架的拼装分为两个步骤，首先在站房外分段拼装好，然后倒运至站房内候车厅区域，在吊装位置附近组拼成整榀桁架。
2.5 大跨度钢桁架屋盖安装流程
第一步：搭设支撑胎架，150t履带吊吊装“X型”节点。第二步：150t履带吊吊装ZHJ01首个分段桁架。第三步：150t履带吊吊装ZHJ01对称另一分段桁架。第四步：150t履带吊吊装另一榀ZHJ01的两个分段单元。第五步：150t履带吊吊装ZHJ01间的次桁架及上下弦支撑构件。第六步：中部桁架焊接完成后，支撑胎架卸载。第七步：150t履带吊进入一侧，吊装CHJ04、CHJ08两榀57m跨桁架。第八步：150t履带吊吊装CHJ04、CHJ08两侧主次桁架及支撑。第十步：50t汽车吊吊装CHJ04、CHJ08中间的桁架及支撑构件。第十一步：150t履带吊进入到候车厅另一侧，按照上述顺序吊装另一侧的钢屋盖。第十二步：150t履带吊退场，50t汽车吊吊装CHJ04、CHJ08中间的桁架及支撑构件。第十三步：50t汽车吊吊装外围剩余部分悬挑桁架及支撑构件。第十四步：钢屋盖施工完成，檩条、马道及防火涂料的施工在过程中穿插进行。
3、吊装过程相关条件安全系数验算
3.1 地基承载力计算
本工程采用到的吊车型号有150t履带吊，50t和25t汽车吊，其所处现场地质条件相同，应分别对汽车吊和履带吊吊装时的地基承载力进行验算，本文仅以150t履带吊地基承载力计算为例。
1）履带吊基本参数
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2）承载力验算
150t履带吊自重为130t，最大吊装构件重量为45.2t，配重54t，吊钩及钢丝绳等重量约1.1t，总重取230.3t。履带吊行走路线上铺设2.5×2.5m路基箱，履带长度6.8m，宽度1m，在吊装时两条履带下方路基箱与地面的接触面积为2.5×2.5×3×2=37.5m2。路基箱下部压力值为：
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考虑安全系数2，路基箱下部压力值为P=61.41×2=122.82kPa。
吊装时，需要将路面进行加固处理，路面地基承载力不得低于130kPa，且下部无软弱层。路基箱可根据现场情况进行布置。
3.2 吊装钢丝绳选型与计算
根据本工程特点，将钢丝绳分为两类，一类用于10t以上构件的吊装，一类为10t以下构件的吊装，本文仅以10t以上构件吊装钢丝绳选型为例。
根据吊装方案，构件最大吊装重量为45.2t，150t履带吊采用的80t吊钩重量为0.945t。
1).吊装核算
吊装重量P=(G+G′)×K
构件重量G=45.2t
吊具重量G′=0.945t
动载系数K取K=1.1，即：P=（45.2+0.945）×1.1
P=50.76t
2).钢丝绳的选择计算
计算荷重：（数据取自最重吨位，角度选吊装过程中最大角度60°，选2点吊装2根钢丝绳）
P=50.76t，按理论最大50.76t计算
PMAX=P/（2×COSα）=50.76/（2×COS30°）=29.31t
PMAX为一吊点所受最大力；
根据GB8918-2006《重要用途钢丝绳》规范，查表11，选用6×37S+IWR类钢丝绳，直径64mm，钢丝绳公称抗拉强度≥1870MPa，钢芯钢丝绳。钢丝绳最小破断拉力为2730KN。根据《建筑施工计算手册》，荷载不均匀系数为0.82，钢丝绳的绳端固定方式为编结法，系数为0.85。
所以钢丝绳φ64-6×37S+IWR的荷载重量为273×0.82×0.85=190.28t
钢丝绳选用安全系数k=6
190.28/6=31.71t＞29.31t。所以钢丝绳φ64-6×37S+IWR满足使用要求。
3.3 卸扣的选用
根据GB25854-2010《一般起重用D型和弓形锻造卸扣》规范，选用弓形锻造卸扣，10t以上构件吊装时单根钢丝绳最大吊重为29.31t，根据表2选用强度级别为8级的卸扣，起重量为40t。10t以下构件吊装时单根钢丝绳最大吊重为6.67t，选用强度级别为8级的卸扣，起重量为8t。
3.4 吊点的布置
屋面桁架截面及尺寸多不相同，每榀桁架重心位置不同，在吊装前根据深化模型查出屋面桁架重心点。以ZHJ01为例，采用两点起吊，吊点布置在上弦节点上，根据桁架重心点位置设置钢丝绳。首榀桁架吊装就位后，在桁架中部设两道缆风绳，缆风绳下端固定在地面地锚上。
3.5 缆风绳计算与选择
1）缆风绳拉力计算：
T=(kp+Q)×c/(a×sinα)
T=(2×45.2+452/2)×1/(19×sin45°）=23.56KN
k—动载系数，取2
p—动载重量，取45.2KN
Q—桁架自重，取452KN（最大45.2吨，两道缆风绳）
C—倾斜距，取1m（倾斜度5°）
a—桁架到锚固点的距离，取19m。
α—缆风绳与地面的夹角取45°
2）缆风绳选择：
F=(TK1)/δ=(23.56×3.5)/0.85=97KN
T—缆风绳拉力，23.56KN
K1—安全系数，取3.5
δ—不均匀系数，取0.85
F—钢丝绳拉力
根据GB8918-2006《重要用途钢丝绳》规范，查表10，选用6×19S+IWR类钢丝绳，直径16mm，钢丝绳公称抗拉强度≥1770MPa，纤维芯钢丝绳。钢丝绳最小破断拉力为150KN＞97KN，满足要求。
4、结束语
随着社会经济的发展和科技的进步，越来越多的公共建筑如大型高铁站等采用大空间的设计，大跨度结构已成为国内外工程应用与理论研究最活跃的领域之一。
参考文献：
[1]大跨度空间结构卸载过程模拟分析与监测[J].孙学根,牛忠荣,李兆峰,丁仕洪,帖磊.建筑结构. 2018(11)
[2]安顺市体育中心体育场大跨度悬挑结构卸载方案研究[J].王泽曦,罗杰,肖建春,马克俭.施工技术. 2017(18)
[3]刚性大跨度空间结构卸载技术研究进展[J].于江,陈国庆,刘雨婷.结构工程师.2016(06)