中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
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452m,寬216m，投影面積9萬余平方米，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452m,寬216m，投影面積9萬余平方米，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2.4萬余根，最大桿件為ф457×32；焊接球6702個，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)場諸多條件限制，網(wǎng)架的設(shè)計特征以及現(xiàn)場作業(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)位于無站臺柱雨棚上方（懸挑30米）與站前工程施工交叉，且滬漢蓉場已經(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、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)是國優(yōu)“魯班獎”，安全目標(biāo)是杜絕重傷、死亡事故，輕傷事故率低于0.1%；同時須保證已經(jīng)運(yùn)營的鐵路線，不受施工影響。
（3） 場地條件苛刻
狹長的施工區(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→就位→填補(bǔ)滑移單元件桿件→大單元卸載→測量監(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)架滑移分片單元劃分情況，見表3.2所示。
表3.2 鋼網(wǎng)架滑移分片單元劃分參數(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，計算重量約為1020噸（編號S-1），荷載不均勻系數(shù)取為1.3，滑移啟動瞬間最大摩擦系數(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的最大滑動摩擦力分別為F=μN 180*0.3=54噸，軌道2、3的最大滑動摩擦力分別為最大滑動摩擦力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、一個行程伸缸完畢，滑移構(gòu)件不動，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)器人一個行程縮缸完畢，拖動夾緊裝置向前滑移250mm。一個爬行推進(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、⑧四個軸）上，每個卸載支點(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，僅對其中最大滑移單元H3進(jìn)行介紹）
滑移單元安裝完成時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形如圖3.5-1～4所示。根據(jù)計算結(jié)果可知，安裝完成時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安裝完成時應(yīng)力分布圖（MPa）
圖3.5-2 H-3安裝完成時x方向變形圖（豎向：mm）
圖3.5-3 H-3安裝完成時y方向變形圖（豎向：mm）
圖3.5-4 H-3安裝完成時z方向變形圖（豎向：mm）
3.5.2 卸載工況分析
（僅對一個最大的組合單元進(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，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)計要求！
4 實(shí)施過程圖片
圖4.1 滑移啟動及滑移軌道系統(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
現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程的施工難度越來越大，對施工技術(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)。
作者簡介: 吳聚龍，1996年畢業(yè)于重慶建筑大學(xué)，中建八局高級工程師
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