動畫+圖文｜天津濱海站80m跨網殼結構，液壓整體提升+空中拼裝

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建築概況

天津濱海站(于家堡)為地下高鐵站，站房建築面積約為86200m2。車站為地下兩層、地面一層。地下二層為站臺層，站臺規模為3座島式站臺6條到發線；地下一層為站廳層，設候車大廳、進出站廳、設備用房及辦公用房；地面層為進站大廳。地上部分為“貝殼”型穹頂採光屋面，結構形式為大跨度空間網格結構。整個結構主要杆件採用曲線鋼箱梁，72根箱梁相互交叉連接，編織成一個縱向跨度約142m，橫向跨度約80m，矢高約24m的貝殼形穹頂網殼結構。

結構概況

鋼結構站房屋蓋為單層網殼結構，外形酷似“貝殼”，南北軸線長143.900米，東西寬度80.900米，失高25.800米，本工程鋼結構總量約4500噸，整個結構體系由72根箱梁相互交叉連接成單層網殼，在其頂部設置有頂環結構、在其底部設置有箱型圈樑對單層網殼頂底端起連接和拘束作用

1、頂環結構

頂環結構由頂部環梁和上部穹頂兩大部分組成，頂部環梁與其下部單層網殼連接對其起拘束作用，上部穹頂通過鋼管與頂部環梁進行連接。

頂部環梁為□700x500x20x20箱型環梁、上部穹頂由D450x20、D299x20、D299x16、D203x16等構件組成。

頂環結構構件截面示意圖

頂環結構節點示意圖

2、單層網殼

單層網殼由72根不同規格的箱型截面構件相互交接編織而成。

單層網殼節點示意圖

單層網殼構件截面示意圖

3、箱型圈樑

箱型圈樑設置於單層網殼底部，對單層網殼起連接和拘束作用，單層網殼由箱型和1/4圓弧形等各種截面形式的構件構成，其底部通過抗震製作與標高為+2.000米的混凝土圈樑上。

程重點與難點

1.深化設計

（1）本工程結構複雜，箱形鋼樑相互交叉，且與上下頂底環梁相貫計有10大類節點，無一類節點重複，設計取值工作量相當浩大。

（2）底部環梁支座下部的混凝土結構施工偏差難以調整。

底部環梁節點示意圖

2.加工製作

（1）本工程屋蓋主要由箱形鋼樑和連接鋼樑的十字板節點組成，由於鋼屋蓋整體呈螺旋線型佈置，屋蓋外形為雙曲面，節點間單元的方向各不相同，造成箱形鋼樑端口長度全部不相同，加工製作難度極大。

（2）箱形鋼樑交叉處有相當部分的腹板連接角度小，該部位焊縫施工難度相當大。

箱梁較差處示意圖

（3）異形構件對接處構件過渡段加工難度大。

3. 現場安裝

（1）現場

本工程穹頂網殼結構杆件規格種類較多，根據擬定的方案中部提升區需現場拼裝，構件製作按滿足運輸和拼裝起重機械額定吊重的前提下加工成拼裝分段，再在現場進行地面拼裝成整片提升分塊結構，而後進行分塊的提升，其地面拼裝工作量相當大。

（2）站房屋蓋為大跨度空間單層網殼結構，且位於地下站房的頂板上，對吊裝設備的選擇和臨時支架佈設均產生較大的影響。

（3）現場吊裝工作量大

根據本工程結構特點，在擬定的施工方案中，網殼結構結構中除其上部部分採用地面拼裝，整體提升外，其餘相當部分均採用單根杆件吊裝，因此高空安裝工作量相當浩大，

（4）高空嵌補工作量大、難度高

為了確保整體結構的安裝質量和結構線型光順，因此在各施工分區間都設有嵌補縫，該部分結構的安裝起到承上啟下、左右聯結、互為調整的作用，因此該部分構件的安裝工作量非常浩大，安裝精度要求非常高。

施工計劃

總工期：213日曆天

施工分區劃分

根據本工程結構特點延其高度方向分為上下2個施工分區、其中頂部施工分區分為左右兩個施工階段，各施工分區通過嵌補縫進行連接，見下所示：

安裝流程

頂部分塊（左側）現場拼裝：

首先搭設拼裝胎架，為保證拼裝精度，拼裝胎架模板上口標高應採用水平儀和全站儀進行嚴格控制。胎架下方由於設置在混凝土樓板上，需對樓面計算轉化。然後根據加工製作分塊拼裝頂部分塊（左側）構件。

頂部分塊（左側）提升定位：

待所有拼裝焊接作業完成後，搭設提升支架，將頂部分塊（左側）提升至混凝土中板標高。

頂部分塊（右側）現場拼裝：

首先搭設拼裝胎架，胎架下方由於設置在混凝土樓板上，需對樓面計算轉化。然後根據加工製作分塊拼裝頂部分塊（右側）構件。

頂部分塊的提升定位：

對頂部分塊進行整體同步提升，提升過程中用全站儀檢測各觀測點位置，由提升油缸微調，確保對接口的精度。

下部分塊的吊裝：

安裝時注意施工順序，按從下至上由四周至中間的順序安裝，每個安裝單元形成一穩定體系後進入下一安裝單元。

上下分塊嵌補段的安裝：

安裝提升區與吊裝區之間嵌補段杆件，完成剩餘焊接工作。

上線分塊間嵌補區域構件的安裝施工對其環境溫度應進行適當控制。

結構卸載：

整個網殼結構安裝完成後即可整體卸載及拆除支架，卸載時從中部向外圍卸載。

竣工驗收：

所有焊縫焊接完成後，進行焊接超聲波探傷檢測，合格後進行網殼的整體測量驗收並報驗。

現場施工平面總佈置

本工程主體混凝土結構除頂板少量主樑未澆築完成外，其餘已全部施工完畢。結合平面佈置原則及依據，對現場拼裝區、現場安裝區、大型機械設備進行佈置，統籌考慮現場實際情況，現場現階段情況見下圖所示。

鋼結構吊裝主要機械佈置方案

本工程鋼結構吊裝分區（下部區域）的安裝採用分段吊裝、高空嵌補的施工方法。吊裝機械採用2臺250噸履帶吊在頂板鋼結構四周行走，對構件對稱吊裝。主要反映一下內容：

1）250t履帶吊吊車通道位於混凝土頂板上，施工前需對混凝土樓面承載力進行驗算。

2）混凝土樓面吊車通道位置需鋪設鋼板或枕木，避免履帶吊履帶直接接觸樓面破壞樓面混凝土層。

現場臨時支撐

屋面網殼的安裝共設73個臨時支撐。臨時支架設置具體要求:

a 臨時支架的位置嚴格按主體結構的分段位置設立。

b 臨時支架由於受力較大，且臨時支架均設置在地面或樓面上，所以必須對混凝土結構進行計算並加強，確保結構不被破壞並保證吊裝的安全。

c 臨時支架必須保證設立後的整體穩定性，採用剛性支撐以及纜風繩將臨時支架及地面穩定加固。

d 臨時支架頂部的就位胎架模板的座標定位尺寸必須保證，用全站儀進行精確定位。

臨時支撐佈置圖

臨時支撐軸測圖

頂部分塊整體提升

進行分塊的整體提升，提升到位後，整體測量採用經緯儀和全站儀配合鋼尺檢測測量，尤其是重點測量網殼的各連接端口（包括端部端口、各交叉節點端口等）的測量校正。

頂部分塊提升完成經檢驗合格後與提升架進行相對固定。

下部分塊安裝

1、下部圈樑安裝

下部圈樑安裝前首先複測環梁支座，採用經緯儀和全站儀配合，測量後有與設計值偏差較大的支座還需由支座安裝單位採取校正措施。

由兩臺250t履帶吊對稱安裝圈樑分段，下部圈樑的安裝精度將直接影響上部網殼結構，測量校準工作將貫穿整個安裝作業過程中。

嵌補區域構件吊裝及現場構件合攏溫度的考慮

1、溫差對結構的影響分析

鋼結構在安裝時受外界環境影響很大，其中溫度效應就是其中的很重要的一個影響因素。溫度效應實際上就是熱脹冷縮效應，鋼材隨著溫度的升高而膨脹、隨著溫度的降低而收縮，鋼結構由於熱脹冷縮造成結構變形及內應力變化。

所有結構或多或少都會受到溫度效應的影響，不同的鋼結構類型受到溫度效應的影響是不同的。影響最大的是細長類的鋼結構，例如高聳結構、超高層鋼結構、大跨度桁架以及大跨度橋樑等。同日溫差、季節溫差、不同部位溫差等都會對鋼結構定位，甚至安全施工產生很大影響。

本工程為典型的大跨度空間網殼結構，而且構件截面大、屋蓋整體面積大且設計沒有設置伸縮縫，整個屋蓋體系通過底部環梁將荷載傳遞給地下混凝土結構。環梁橫向長度達142米，縱向達80米，溫度對結構的影響明顯較大，故如何減小溫度對結構的影響是本工程的一個重點。

2、鋼結構安裝時對溫度效應影響的應對措施

根據本工程結構特點和結構體系要求，結合本工程擬定的吊裝方案，我們擬在吊裝區域與提升區域相接的嵌補區域設置安裝合攏段，吊裝區域又延徑向均布4條合攏縫，待吊裝區域與提升區域安裝到位後，最後在設定的溫度環境中對嵌補區域的構件進行安裝，完成結構整體的合攏。

合攏段設置示意圖

3、合擾時間和溫度的確定

根據對天津市2010～2012的氣象資料查閱，天津屬暖溫帶半溼潤大陸季風型氣候，天津市年平均氣溫約為14℃，7月最熱，月平均溫度28℃，歷史最高溫度是41.6℃。1月最冷，月平均溫度-2℃，歷史最低溫度是-17.8℃。根據氣象資料分析合攏溫度擬定在15℃±5℃，結合本工程的施工計劃，初步擬定合攏溫度為14℃±5℃。

合攏溫度依當天氣象臺資料為準進行選擇，基本控制在14℃±5℃範圍內。

4、合攏焊接控制

實際合攏時，先將合攏口的所有卡馬焊接固定，然後按工藝文件要求的焊接順序進行焊接，及時進行合攏口對接焊縫的焊接，並確保焊接過程中鋼結構的本體溫度儘可能處於設計要求的合攏溫度範圍內。

結構卸載

本工程在主結構施工吊裝完成、達到設計驗收標準後，即開始結構的卸載施工。結構卸載是將屋面網殼鋼結構從支撐受力狀態下，轉換到自由受力狀態的過程，即在保證現有鋼結構臨時支撐體系整體受力安全、主體結構由施工安裝狀態順利過渡到設計狀態。

一、結構體系轉換卸載方法

結構體系轉換卸載具體方法是通過分級拆除在支架或支撐頂部的胎架模板，按多次循環、微量下降的原則，來實現荷載的平穩轉移。

（1）卸載條件

1）分區內所有構件應全部安裝到位、焊接結束。

2）所有節點的連接已經完成，外形尺寸已經監理驗收合格。

3）卸載當天的風力不得大於四級。

（2）卸載控制措施

1）臨時支架拆除過程中由於無法做到絕對同步，支架支撐點卸載先後次序不同，其軸力必然造成增減，應根據設計要求或計算結果，在關鍵支架支撐點部位，應設置測量觀測點，通過位移控制變形，檢測支架的軸力變化，確保支架的拆除安全。

2）支撐點卸載採取分級切割的方式進行，

見下圖所示,沿弦杆與胎架模板接觸點面進行切割，每次切割8－10mm深度，根據每個卸載點理論下撓值，將切割分為3個等級，例如：理論下撓60mm，則第一級切割量程20mm，停止切割，讓所有卸載點自由釋放，並進行全站儀測量；然後進行第二級切割，量程20mm，同第一步釋放後觀測，最後進行第三級切割，量程20mm。

臨時支撐卸載示意圖

（3）支撐卸載時，在釋放過程中應進行跟蹤測量結構的變形情況，發現問題應馬上停止，並隨時對結構進行檢查，重複以上操作，直至支架完全不受力。

（4）卸載時，應對結構的變形設置變形觀測點，並根據監測的結構與計算值進行對照，並應及時向有關部門報告。

二、卸載順序

卸載分為三個施工工況，由於屋蓋內側變形最大，卸載從內側向外側進行，同時也能減小內側高支撐的受力。具體卸載步驟如下：

第1卸載區域

第2卸載區域

第3卸載區域

頂部結構提升專項方案

一、提升方案總體流程

于家堡站房屋蓋提升採用整體提升，共設置22個提升點，每個提升點設置1個提升塔架，每個塔架上設置1臺100t油缸，TSD7位置設置2個100t油缸。下吊點採用原有網殼節點板焊接耳板作為提升結構。由於現場在兩個標高處均設有拼裝平臺，故採用兩次提升的方式，在第一部分提升到相應標高後與第二部分進行空中懸停對接。

于家堡站房屋蓋拼接前總重約400t，拼接後總重約909.5t。

總體佈置如圖所示：

拼接前提升佈置圖

拼接後提升佈置圖

1、提升點佈置

經計算，本工程整體提升共設置22個整體提升點，用23臺100噸油缸。由於第二次提升可重複利用第一次提升時部分油缸，整個工程只需17臺100t油缸。

2、提升塔架詳

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