蒋国平 卢福生 施元强 李洪祥
(浙江精工钢结构集团有限公司， 浙江绍兴 312030)
摘 要：工程主楼为大跨度桁架悬挂结构，且存在斜拉索，结构体系比较特殊，现场的塔吊较小，不能满足主楼钢结构的吊装要求，且含大面积的地下室，不利于钢结构施工。在吊装机械小、施工场地条件限制、结构复杂性等众多因素影响下，可利用核心筒顶增设屋面吊并结合汽车吊进行吊装施工，再对汽车吊行走路线经过的地下室顶板进行加固处理以保证结构安全。针对工程特点的施工技术进行分析，可为其他类似项目提供参考。
关键词：大跨度桁架悬挂结构； 施工条件限制； 屋面吊利用； 拉索施工技术
DOI:10.13206/j.gjg201511019
ABSTRACT：The main building for the project is a special structural system which is long-span truss suspension structure with stayed-cable. However, the small-sized tower crane provided by the general contractor cannot satisfy the lifting requirements for the steel structures of the main building. There are large areas of basement s which are not good to steel structure construction. A crane cab be stationed on the top of core tube to carry out lifting works assisted by an automobile crane with various factors, such as small-sized lifting equipment, construction limitations and complicated structures. The reinforced top slabs of basements can ensure the security purpose on the walking route of the automobile crane. This paper briefly introduced the project construction technology which can be referenced for other similar projects.
收稿日期：2015 - 05 -27
DISCUSSION ON CONSTRUCTION TECHNOLOGY FOR LONG-SPAN TRUSS SUSPENSION STRUCTURES OF A PASSENGER TRANSPORT CENTER
Jiang Guoping Lu Fusheng Shi Yuanqiang Li Hongxiang
(Zhejiang Jinggong Steel Building Group Co.Ltd, Shaoxing 312030, China)
KEY WORDS：long-span truss suspension structure; limitations of construction conditions; application of roof crane; construction technique of cable
第一作者：蒋国平，男，1988年出生，工程师。
Email：1053889629@qq.com
本工程由地下室、主楼、站房、发车平台组成(图1)，主楼平面尺寸长121.5 m，宽68.1 m，结构高度为47 m。地下1层，采用框架结构，地上10层，1～4层次结构体系为钢结构框架，5～10层主结构采用钢筋混凝土筒体支撑的带吊索的钢桁架体系。
图1 某客运中心鸟瞰
主楼共有6个核心筒，内设异型钢骨柱和H型钢骨梁。主楼下部为3层框架结构(图2)，上部为7层吊索桁架结构(图3)。顶层及西侧悬挑结构设有桁架。东、西向核心筒间设有拉索。
图2 主楼下部框架结构示意
主楼吊索桁架结构位于5～10层，仅与6个核心筒连接并悬挂于半空，与下部的钢框架结构无直接连接，钢柱为梁上起柱形式，最大离地距离约21 m。主结构内不设杆件，形成大天井。
图3 主楼上部吊索桁架悬挂结构示意
由于吊索桁架结构较为特殊，核心筒间存在大跨度结构。为加强整体结构刚度，防止因自重等荷载作用过度下挠变形，在顶层东、西向核心筒间及西侧悬挑结构部分楼层设置32榀桁架(图4)。同时在南、北外立面和内立面共拉设32根拉索，拉索从21.8 m柱底斜拉至30.0 m和38.2 m核心筒钢骨柱(图5)。
图4 桁架布置示意
a—拉索节点布置;b—拉索节点1;c—拉索节点2;
d—拉索节点3;e—拉索节点4。
图5 拉索布置示意
32根拉索均采用锌 - 5%铝 - 混合稀土合金镀层钢索，有136，110，68 mm三种直径，拉索强度为1 670 MPa,销轴采用12.9级高强度螺栓。拉索与主结构采用插销耳板连接。
主楼共10层，其中5～10层为大跨度桁架悬挂结构，最大离地高度21 m。结构形式不同于以往的框架结构，整体结构体系较为特殊，如何确保工程质量、施工安全、降低施工成本是本工程的安装重点。
解决方案：主楼5～10层悬吊结构施工前，在悬吊结构每个钢柱下方搭设支撑架，使拉索装完张拉前结构的竖向荷载通过支撑架传递至基础，防止施工过程结构变形过大。
总包单位已布置3台QTZ80塔吊覆盖主楼(塔吊较小，制约钢结构施工)。
解决方案：核心筒施工完毕前， -1～3层核心筒钢骨柱分段，因1～3层部分框架梁、柱分段质量较大，QTZ80塔吊无法吊装。为方便施工，采用25 t汽车吊吊装。后期核心筒钢骨拉索节点采用50 t汽车吊吊装。
核心筒施工完毕后，在其中3个核心筒顶部安装ZSL260动臂式屋面吊，解决5～10层悬吊结构中大跨钢梁和西侧桁架等较大构件安装问题，同时也可辅助QTZ80塔吊吊装常规梁柱构件，以保证工期要求。
本工程地下室1层，层高5.7 m，范围包含主楼和站房，对钢结构施工不利。
解决方案：汽车吊上楼板作业时，对其行走路线下方地下室顶板进行加固，使汽车吊及构件荷载对混凝土楼板的影响降至最低。
从结构特点、工期、施工安全性、施工条件、施工成本等方面出发考虑，选择一个合理的施工方案尤为重要。
解决方案：主楼施工过程中，一共投入3台塔吊、3台屋面吊和3台汽车吊进行作业，最大程度保证施工工期。
本工程拉索采用斜拉索设置，部分斜索单根长度长、质量(最长的拉索23 m多，质量约5 t)，且此类拉索无保护层，同时位于施工高空，穿索过程中易产生闪丝及拉索表面涂层破坏，如何保证穿索过程中不破坏钢索原有的性能是本工程的重点。
解决方案：根据单根拉索的长度及质量，结合现场已有的塔吊性能，穿索采用塔吊吊装结合卷扬机和葫芦吊等将拉索索头牵引至安装位置。
穿索过程中，避免拉索弯折、逆转，并在拉索索头附近及锚头处间隔一定距离包扎细钢丝，防止拉索闪丝，并在钢梁穿索空洞口位置加设橡胶垫，避免刮伤索面涂层。
本工程主楼区域存在大面积地下室，现场原布置7台塔吊，型号为QTZ80，塔吊吊装能力较弱，不利于钢结构的吊装施工。
主楼1～3层部分框架柱、梁和核心筒钢骨较重，且离地下室边线较远，故采用25 t汽车吊进行吊装，后期核心筒钢骨拉索节点采用50 t汽车吊吊装。行走路线通过的地下室顶板采用脚手架加固，其余框架结构主要利用原塔吊施工。5层以上超长钢梁、桁架和拉索节点等构件较重，利用原塔吊无法进行吊装，采用在已施工完毕的核心筒顶安装屋面吊，弥补原塔吊吊装能力的不足。
主楼钢结构主要施工步骤如下：1)施工地下室核心筒钢骨；2)地下室结构封顶；3)施工地上核心筒钢骨和1～4层钢框架结构；4)施工5层～顶层钢框架结构；5)悬挂拉索把5层钢结构楼层与筒体连接；6)主楼楼板施工完毕；7)张拉钢拉索。
工程原有型号为QTZ80的塔吊，无法满足主楼钢结构的吊装施工，而工程6个核心筒先于主楼大垮桁架悬挂结构施工完毕，在不妨碍原塔吊施工的前提下，可充分利用已有的核心筒顶布置屋面吊进行钢结构的吊装。
综合考虑，可在原塔吊作业远端的3个核心筒顶分别布置3台ZSL260型屋面吊，如图6所示。
图6 屋面吊布置
根据安装方案，工程主楼部分构件需汽车吊立于地下室顶板上进行吊装，采用汽车吊吊装的构件主要运用平板拖车运输到安装区域。
为结构的安全考虑，需在汽车吊行走路线通过的地下室搭设脚手架对顶板进行加固(图7)，脚手架搭设高度约为5.7 m。
图7 脚手架加固工程实例
4.3.1 拉索施工概述
成品索进场后，沿索盘圈的反方向使索盘旋转打开，在相应的索头位置安装牵引索(图8)。利用塔吊吊装钢拉索，全部拉索以及钢结构安装完毕后，进行拉索张拉工作，采用同步分五级张拉。先同步张拉长索，再同步张拉短索(图9)，张拉结束后，拆除临时胎架和浇筑混凝土楼面。
注：括号内为短索编号，括号外为同位置长索编号。
图8 钢拉索编号及吊装平面示意
a—长索;b—短索。
图9 钢拉索示意
4.3.2 拉索安装技术
拉索安装方法如图10所示。
步骤一：利用塔吊将钢拉索固定端吊起，使用卷扬机牵引张拉端从上至下穿过相应的穿越节点。
步骤二：索体穿过所有穿越节点后，张拉端恢复全套索具。
步骤三：将拉索两端安装在耳板上。
步骤四：待所有钢拉索和普通钢结构施工完毕后，检查各节点和连接强度满足要求后，在钢拉索下端进行张拉。
a—步骤一;b—步骤二;c—步骤三;d—步骤四。
图10 拉索安装步骤
4.3.3 拉索张拉技术
拉索采用分批、分级的方法进行张拉。
1)分批顺序张拉。本工程共有32根拉索，难以对这些拉索同步张拉，需要分批张拉。考虑到结构对称性，将拉索分为4批(图11)，同批拉索的根数为8根，分批张拉顺序为：
第一步：先张拉南侧核心筒长索；第二步：张拉北侧核心筒长索；
第三步：张拉南侧核心筒短索；第四步：最后张拉北侧核心筒短索。
图11 拉索张拉顺序平面示意
分2批张拉长索，先张拉轴线①/○N和○Q上的长索，再张拉另一侧长索。
分2批张拉短索，先张拉轴线①/○N和○Q上的短索，再张拉另一侧短索。
2)同批次张拉的拉索同步分级张拉。为保证张拉同步，同批次分5级张拉程序为：0%→20%→40%→60%→80%→100%。
3)张拉点：张拉点(图12)在拉索的下端，即在第5层位置进行张拉。
图12 拉索张拉点位置示意
4.4临时支撑架的设置
本工程主楼5～顶层为悬挂结构，施工5层结构时，在5层悬挂结构下方的梁上起柱部位搭设标准支撑架进行临时支撑。
拉索未张拉前，钢结构主体荷载将传到5层钢梁，因此在索未张拉前，荷载将通过架设的临时支撑传到基础。支撑架布置如图13所示。
a—平面；b—轴侧。
图13 支撑架布置
工程中临时支撑架搭设标高为21.8 m，支撑架采用工厂制作成标准节的形式，运输至现场使用。工厂加工制作的支撑架标准节基本单元为长、宽、高为2 m×2 m×2 m，支撑架由4根主圆管和腹杆组成。支撑架标准节如图14所示。
a—支撑架标准节;b—组件A;c—组件B;d—组件C。
图14 支撑架标准节组装示意
支撑架标准节立杆采用法兰系统对接，组件B与组件A、C之间采用螺栓连接。这样的设计可方便支撑架的安装、拆除，缩短施工周期，同时也方便支撑架的运输及堆放。
对工程中复杂结构，采用大型有限元分析软件进行分析，首先从全面的结构分析入手，充分了解该结构的受力特点，再具体模拟各种工况进行施工阶段的分析，确保施工之前可能出现的情况分析透彻。根据分析结果，提出合理、经济的施工方案。结构一次与最终成型计算结果如图15—图18所示。
图15 钢结构施工最终阶段结构应力比
图16 钢结构施工最终阶段结构竖向变形 mm
图17 钢结构一次成型结构应力比
图18 钢结构一次成型结构竖向变形 mm
由图所示，钢结构施工最终阶段杆件最大应力比为0.65，一次成型杆件最大应力比为0.66，结构施工最后阶段的应力分布与一次成型的应力比分布比较接近，附加应力比未超过0.1，故钢结构的安装流程对结构体系的影响很小。
钢结构施工最终阶段杆件最大竖向变形-31.44 mm，一次成型杆件最大竖向变形为-32.38 mm，钢结构分阶段施工对结构最终成型产生的累计位移误差为0.94 mm，对整个结构的成型影响很小。
随着钢结构建筑设计、施工技术的逐渐成熟，许多造型独特、结构复杂特殊的建筑相继孕育而生。然而，钢结构的施工技术的挑战也将越来越艰巨，由于结构本身的特殊性或者施工现场各种限制因素都将对钢结构施工造成重要影响。因此，如何运用已有的条件或者找到与项目最匹配可行的施工方案将显得尤为重要。
参考文献
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