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北京南站站臺雨棚結構設計及安裝方案介紹

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文對北京南站站臺雨棚結構形式進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹及分析，介紹了站臺 雨棚結構的安裝方案及質(zhì)量保證措施。
    關(guān)鍵詞：雨棚結構 安裝方案

    一．工程概況
    北京南站位于北京市南二環(huán)開(kāi)陽(yáng)橋南約1公里處的東莊公園內。是正在建設中的京津城際列車(chē)和規劃中的京滬高鐵的起點(diǎn)。
    北京南站主體結構由中央站房，站臺雨棚及地下?lián)Q乘大廳三部分組成，如圖1所示?？偨ㄖ娣e24萬(wàn)m2，總用鋼量約5萬(wàn)噸。正在建設中的地鐵4號線(xiàn)和14號線(xiàn)在此匯交，實(shí)現了地鐵和國鐵的“零換乘”理念。整個(gè)項目由鐵道第三勘查設計院設計，中鐵建工集團有限公司總承包，鋼結構加工、制作及安裝由江蘇滬寧鋼機股份有限公司承擔完成。


    二．雨棚結構分析
    北京南站雨棚結構整體透視圖如圖2所示。主要包括塔架柱、柱頂縱向弧形梁及支撐、懸垂梁、懸垂梁間次梁和雨棚外側三角形懸挑屋檐桁架五部分。

    1．塔架柱及懸垂梁
    塔架柱及懸垂梁組成北京南站雨棚結構的主要承重體系?；窘Y構單元如圖3所示。懸垂梁承受豎向荷載，并將豎向荷載傳遞給塔架柱。在南站雨棚結構體系中，懸垂梁的受力機理與常規的鋼梁不同。在某種意義上，懸垂梁是抗彎剛度較大的勁性索。在恒載和活載作用下，懸垂梁內力大部分為沿其軸線(xiàn)方向的拉力。在風(fēng)吸力等向上荷載作用下，懸垂梁的受力機理類(lèi)似于倒放的拱結構，其內力大部分為沿軸線(xiàn)方向的壓力。
    基于以上受力機理，北京南站屋面結構體系是一種效率極高的大跨度結構體系。屋面結構輕巧、時(shí)尚，可以很輕松的跨越較大的跨度。但懸垂梁結構也會(huì )給柱子作用較大的水平拉力，造成柱底彎矩較大。為克服柱底較大的彎矩，將雨棚結構柱設計為A字型的格構柱，將柱子底部截面展開(kāi)，可以有效提高其整體抗彎能力，提高結構的效率。A形塔架柱如圖4所示。
    懸垂梁主要截面形式為H型鋼，跨度從10m到64m不等，規格為H600×350×10×20和H450×200×8×12。懸垂梁與塔架柱連接采用鉸接連接，連接節點(diǎn)形式如圖5所示。

    2．柱頂縱向弧形梁及支撐
    柱頂縱向弧形梁結構透視圖如圖6所示。環(huán)梁分為外環(huán)、中環(huán)和內環(huán)。環(huán)梁由圓鋼管和支撐組成，圓鋼管規格為 600×22，所有環(huán)梁與塔架柱頂部剛接。既減小了環(huán)梁跨度又增加整個(gè)雨棚結構的縱向剛度，從塔架柱側面伸出三角形支撐與縱向環(huán)梁相連。塔架柱頂縱梁和三角形支撐共同為整個(gè)雨棚結構提供縱向抗側剛度。

    3．三角形外邊桁架

    三角形外邊桁架為雨棚挑檐的支撐結構。三角形支撐，檐口鋼管和柱頂環(huán)向縱梁形成了三角形桁架結構，整體受力，增加了最外側弧形柱網(wǎng)的抗側剛度。如圖7所示。

    三．安裝方案簡(jiǎn)介
    1．安裝總體思路及施工總平面布置
    雨棚結構安裝主要采用高空散裝法進(jìn)行，施工總體流程圖如圖7所示。首先在雨棚結構安裝范圍內搭設安裝臨時(shí)支撐托架，然后吊裝A字型塔架柱。一個(gè)弧線(xiàn)上兩榀A字型塔架柱安裝完成后隨即安裝柱頂環(huán)梁，使兩榀柱子之間互相連接形成穩定的結構。柱頂環(huán)梁安裝完成后即安裝最外側圓弧三角形邊桁架。
    A形塔架柱相互連接在側向形成穩定結構后開(kāi)始安裝塔架柱之間的懸垂梁，繼而安裝懸垂梁之間的交叉支撐，一個(gè)安裝單元結束。吊車(chē)移動(dòng)到下一個(gè)軸線(xiàn)，開(kāi)始下一個(gè)安裝單元的安裝。

    雨棚結構安裝施工總平面布置圖如圖8所示。雨棚結構共分為六個(gè)吊裝區域，分別為I-1區，I-2區，I-3區，II-1區，II-2區和II-3區。
    2．塔架柱吊裝
    塔架柱安裝主要有兩種情況。（1）當吊車(chē)站位距離胎架柱安裝位置較近，吊車(chē)的起吊能力滿(mǎn)足塔架柱整體就位要求時(shí)，塔架柱將采取地面整體拼裝，整體吊裝就位的安裝方法。如圖9所示。（2）當吊車(chē)站位距離塔架柱安裝位置較遠，吊車(chē)其中能力不足時(shí)，胎架柱將分兩端吊裝就位如圖10所示。

    3．懸垂梁吊裝
    懸垂梁為雨棚結構的主要豎向受力構件，單根主梁長(cháng)度變化范圍為10m～64m不等。如果采用整體吊裝的辦法，其在起吊過(guò)程中的整體穩定性將是比較突出的問(wèn)題，極有可能發(fā)生較大的變形而破壞，如果現場(chǎng)無(wú)法校正將導致構件報廢。因此將每根主梁根據其跨度及加工分段現場(chǎng)組裝成2～4段分段進(jìn)行吊裝，如圖11所示。
    一個(gè)懸垂梁結構單元的安裝過(guò)程如圖12所示。步驟一：安裝臨時(shí)支撐托架；步驟二：分段吊裝一榀懸垂梁。步驟三：三榀懸垂梁同時(shí)分段吊裝就位；步驟四：安裝懸垂梁之間的交叉支撐。



    四．軌道層加固方案簡(jiǎn)介
    由于雨棚結構安裝過(guò)程中大噸位吊車(chē)直接在軌道層混凝土結構上運行，原混凝土結構設計荷載與鋼結構吊裝時(shí)的施工荷載不同。鋼結構吊裝時(shí)由于吊車(chē)底部履帶對混凝土結構的壓力為不均勻分布，極限情況下有可能對混凝土結構形成較大的局部壓力。因此必須對混凝土結構進(jìn)行加固，以確保安裝過(guò)程中混凝土結構的安全。
    加固的原則是最終達到不通過(guò)樓板本身的抗彎能力來(lái)承受上部施工荷載，而是直接或間接通過(guò)砼結構主梁將施工荷載垂直地傳至原砼柱和樓板下部支撐，繼而最終傳至基礎底板。
    加固手段主要是在吊車(chē)通過(guò)路線(xiàn)上通過(guò)在砼梁下設置加固支撐減小其彎矩和剪力，以保證設計配筋能夠滿(mǎn)足施工荷載的要求。
    I、III區雨棚結構吊車(chē)行走路線(xiàn)如圖13所示。加固點(diǎn)布置圖如圖14所示。I、III區主要采用在混凝土梁下設置獨立加固鋼柱的方法進(jìn)行加固，由于I、III區下局部有停車(chē)庫，因此加固鋼柱的設置在有夾層和無(wú)夾層處又有所區別，如圖15所示。


    五．施工質(zhì)量保證措施
    施工過(guò)程中必須制定合理的安裝定位措施及現場(chǎng)焊接工藝，否則將很難保證構件安裝的精度及現場(chǎng)焊接質(zhì)量，給整個(gè)結構的安全留下隱患。為保證北京南站施工過(guò)程中構件定位的準確，整個(gè)施工過(guò)程中遵循了以下原則：
    （1）嚴格控制支撐托架的標高及平面位置，確保構件安裝定位的準確。
    （2）支撐托架盡量布置在密實(shí)的混凝土基礎上，并采取必要的加固措施。
    （3）當支撐托架不得不布置于自然地坪處時(shí)，必須先將地面壓實(shí)平整，之后在需設置臨時(shí)支撐的位置鋪設路基箱。
    （4）嚴格控制支撐托架的沉降，安裝過(guò)程必須在支撐托架頂部設置標高調節裝置，保證構件安裝時(shí)定位準確。
    （5）構建合理的測量系統。
    根據各類(lèi)構件吊裝前后順序及構件在整個(gè)結構體系中的位置采取合理的焊接順序。
    一個(gè)安裝單元內的同一類(lèi)型構件吊裝就位并完成位置的校正調整和臨時(shí)固定后應該立即開(kāi)始焊接；
    合理的焊接順序應該為從中間構件開(kāi)始逐步向四周擴展，同時(shí)保證先焊接收縮量大的構件、再焊接收縮量較小的構件；
    同一根構件（主要是鋼梁）采取先焊好一端后再焊接另一端的原則進(jìn)行。不同的截面形式的構件根據具體的焊接工藝采取相應的焊接順序。
    根據構件焊接變形的特點(diǎn)設計現場(chǎng)拼裝節點(diǎn)，在拼裝節點(diǎn)處應該有合理的限制焊接變形及精確的定位構造。

    懸垂梁安裝后為控制其焊接變形，應在每個(gè)梁?jiǎn)卧械拇瘟喊惭b定位并臨時(shí)固定后再進(jìn)行主梁的焊接，同時(shí)在主梁安裝臨時(shí)支撐托架上應設置控制主梁位移的卡板，如圖16所示。
    Ａ字型塔架柱柱腳連接板為80mm鋼板，單邊坡口焊接，為控制其焊接變形采取分層多道對稱(chēng)焊的焊接方式同時(shí)在柱腳連接板的外圍加設限位卡板，如圖17所示。


    六．結論
    （1）北京南站雨棚鋼結構結構形式新穎，結構體系輕巧、傳力路徑清晰。其結構體系中的懸垂梁，將“索”、和“拱”的受力機理巧妙的結合起來(lái)，為國內首創(chuàng )，具有很高的結構承載效率。
    （2）雨棚結構由于其結構體系輕巧，包含了很多柔性構件，給結構的安裝造成了一定困難。因此在安裝過(guò)程中必須采取合理的分段，保證構件在吊裝過(guò)程中的強度及穩定滿(mǎn)足設計要求，避免構件破壞。
    （3）柔性結構在現場(chǎng)安裝過(guò)程中極易發(fā)生變形，因此必須采取必要措施，保證構件的定位準確。在構件現場(chǎng)焊接節點(diǎn)設計過(guò)程中，應該采取必要的限位措施，保證節點(diǎn)焊接過(guò)程中不至于發(fā)生過(guò)大的焊接變形。
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