深圳北站63m大悬挑结构施工技术liqg

广深港客运专线深圳北站工程63米大悬挑结构施工技术报告人：李庆刚前言悬挑结构施工难度大，施工精度要求高，在钢结构建筑中比较常见，特别在各类标志性建筑中应用广泛，而根据各工程的特点，悬挑结构的施工有着各自不同的方法与重点。深圳北站工程中结构最大悬挑为63米，为国内外房建领域的最大悬挑结构，其体系形式复杂，构件类型多样，结构杆件重量重，现场施工条件差，存在多工种交叉施工，施工难度大。施工阶段的安装顺序确定、悬挑桁架的分段、拼装及支撑体系的设计、复杂空间结构的测量定位、施工过程受力分析、卸载技术的应用及施工监测等都是需要解决的技术难题。一、工程简介广深港客运专线是北京-武汉-广州-深圳-香港客运专线的南段，起自广州南站，经番禺、东莞至深圳，在深圳龙华设深圳北站。深圳北站枢纽工程总体效果图东广场北雨棚南雨棚主站房留仙大道高架桥玉龙路高架桥地铁四、六号线地铁五号线西规划路平南铁路新线新区大道西广场民塘路深圳北站枢纽工程总体平面布置208m413m262m130m工程总建筑面积为18.1万m2，分为主站房和无站台柱雨棚两部分。主站房东西长413m，南北宽208m，建筑最高点43.6m；无站台柱雨棚东西长262m，南北宽130m，建筑最高点18.1m。钢结构总用钢量6.3万吨。63m21m东悬挑从1/OA轴计算挑出长度为63m，悬挑结构由悬挑主桁架和桁架间连接次桁架组成，东侧悬挑桁架24榀，最大矢高约21米。镂空部分其中从1/1-3轴~2/1-5轴悬挑部分镂空。1-1轴~1/1-3轴及2/1-5轴~1-8轴屋盖悬挑部分桁架1/1-3轴~2/1-5轴屋盖悬挑镂空部分桁架1/OA2/OAA悬挑部分桁架示意桁架杆件采用Q345B圆管，最大截面尺寸Ø1600×60。节点处最多13支管相贯，部分采用球节点及鼓型节点等，其中球节点（铸钢球）最大规格Ø1800×60，部分典型节点二、施工重难点1、复杂条件下的施工：悬挑结构施工的同时，下部有新区大道箱涵、地铁5号线及平南铁路线的施工，大洞口区域有地铁4、6号线的同时施工，场地条件差，交叉施工多，选择合理的施工方案将是大悬挑施工重点考虑的问题。新区大道地铁4、6号线地铁5号线平南铁路线南立面图东立面图2、桁架的分段与拼装：悬挑结构中间部分是从A轴开始计算的，悬挑桁架的高度最大达21米，且结构形式复杂，如何合理的进行分段及拼装，是工程施工中重点考虑的内容之一。3、安装精度的控制：悬挑部分为复杂异形空间结构体系，桁架安装过程中的安装精度控制，特别是东侧悬挑段的线型控制，将是施工的重中之重。4、施工过程的监测：悬挑部分屋盖结构在1/0A轴线以东、1/3~1/6轴线之间为无落地支座的悬挑桁架，悬挑根部受力转换复杂，为结构关键部位。对该部位进行应变监测，以验证悬挑结构的荷载有效地传递，从而从宏观上证明结构总体施工质量的良好及传力可靠。7A(10F17-1)应力时间曲线-101030507090110应力/MPa8月17日8月18日8月19日8月20日8月21日三、施工关键技术1、复杂条件下总体施工方案的选择：根据结构的自身特点并结合现场的施工条件，确定了悬挑结构采用设置点式临时支撑，桁架分段高空安装的施工方法。东悬挑部分场地布置示意地铁5号线范围东广场已施工结构范围地铁4、6号线范围（高架）桁架安装平面布置示意上部桁架整体吊装下部桁架散件安装悬挑部分屋盖从A轴开始总体考虑进行施工，分段为两部分吊装，其中一段带在Y型柱上部的桁架上，采用散拼结合整体吊装的方法，第二段桁架整体进行吊装，每完成相邻的两榀主桁架后应及时连接之间的次桁架。悬挑部分施工方法示意施工中采用吊装机械如下：序号机械规格数量主要用途1250吨履带吊2主桁架吊装2260吨履带吊3主桁架吊装3TC7052塔吊2次桁架及杆件吊装480吨汽车吊4次桁架及杆件吊装525~50吨汽车吊12支撑设置及桁架拼装，次杆安装2、桁架的分段：考虑大洞口区域的结构特点，桁架部分平面分段示意如下：悬挑部分桁架分段平面示意主桁架分段点Y柱上部桁架分段后最大跨度87.3米，矢高最大约21米，单榀桁架最重约215吨。分为三部分吊装，如左下示意：第二段悬挑结构安装长度约33米，共24榀，最大矢高约11米，单片桁架重量42吨。分为两部分吊装，如右下示意：12321主桁架分段示意3、主桁架的拼装工艺：主桁架主要采用了立式拼装方法。1）屋面桁架为单片结构，外形尺寸大，立拼占用的施工场地小；2）解决了大跨度上平下曲桁架平面拼装时的翻身问题；3）测量定位方便，拼装精度容易控制。4、临时支撑体系的设置：临时支撑体系受力大小来源于施工全过程的模拟验算得到的数据，根据不同的部位及施工要求，本工程主要设计了两种支撑规格，2×2米圆管支撑、1×1米角钢支撑。根据悬挑部分施工部位的不同，采用不同的支撑形式。支撑布置主要考虑了以下几方面的因素：1)施工过程能保证结构稳定与安全；2)支撑受力均匀、合理，不能出现局部过大的情况；3)避开下部结构，在卸载拆除前能保证其他专业插入进行施工；4)经济性.。5、复杂异形空间结构测量技术：采用高精度全站仪进行空间结构的定位测量。包括桁架立式拼装的测量控制，桁架的定位测量，悬挑端线型的控制。轴线、标高、垂直度复测拱结构主梁构件吊装V型撑安装拱次结构安装验收合格预埋件验收、超偏处理柱V型铸钢节点吊装焊接提供测量数据，拱结构施焊时跟踪监控全站仪进行精度校正施工准备钢柱安装、校正轴线、标高检查轴线定位、测量放线胎架搭设、拱结构拼装123.5123.6123.7123.8123.9124124.1124.2HJ46HJ47HJ48HJ49HJ50HJ51HJ52HJ53HJ54HJ55HJ56HJ57HJ58HJ59HJ60HJ61HJ62HJ63HJ64HJ65HJ66HJ67HJ68HJ69控制标高设计标高悬挑端在施工过程中采用预拱方式对其线型进行控制，通过计算分析，得出了每榀桁架的预拱值，施工中严格控制其标高。6、仿真模拟施工技术：采用SAP2000软件进行了施工模拟分析，对施工过程进行预演，得到了施工变形和应力的控制数据，确保满足设计要求，保障施工安全。1）吊装单元的吊装验算：2）施工全过程模拟验算：采用通用有限元软件SAP2000进行仿真模拟验算，并在计算模型中加入了辅助支撑系统，建立计算模型时，在不影响计算结果的前提下，归并了施工中的一些步骤，将安装与卸载的整个过程，定义为几十个步骤进行验算，为保障施工提供了有力的理论支撑。7、支撑卸载技术：1）卸载多步进行，采用对称同步卸载方式。2)卸载过程的主要控制参数A、各支撑点卸载前后的位移值，根据差值确定卸载的分级次数；B、各支撑点在整个卸载过程中的反力变化，用以判断支撑架的受力是否超过设计值；C、整个卸载过程中各杆件的受力情况变化，以应力比的大小体现卸载过程中杆件的受力情况，确保卸载施工中结构的安全。8、施工过程监测：施工中进行了屋盖钢结构关键构件应力的实时监测，证明安装、卸载的施工安全可靠。1）结构关键部位和监测选点屋盖结构在1/0A轴线以东、1/3～1/6轴线之间为无落地支座的悬挑桁架，悬挑根部受力转换复杂，为结构关键部位。2）传感器和数据采集系统选择振弦式应变计。振弦式应变计用于安装在钢结构表面，测量结构的应变。监测的数据采集系统包括振弦式传感器读数仪和计算机（用于安装BGK-MICRO安全监测系统软件）、BGK-MICRO-MCU分布式网络测量单元（内置BGK-MICRO系列测量模块）、智能式仪器（可独立作为网络节点的仪器）等组成数据采集系统。7A(10F17-1)应力时间曲线-101030507090110应力/MPa8月17日8月18日8月19日8月20日8月21日3）监测成果。7A(10F17-1)温度时间曲线2025303540温度℃8月17日8月18日8月19日8月20日8月21日东侧大悬挑自动监测示例4）监测结论：A、随着结构的卸载，洞口桁架HJ10各测点测得合理的应力变化，说明悬挑结构的荷载有效地传递，宏观上可以证明结构总体施工质量良好，传力可靠。B、测试测得胎架脱离瞬间的杆件应力急剧变化，但变化值在可控范围，7天的数据表明内力重分布已经稳定。C、落地桁架已可靠地将荷载传递至支座。D、监测期间日温度在23~45变化，杆件应力夜间很稳定，白天随温度变化周期性变化。四、结语1、通过对复杂现场环境的整理分析，并结合结构自身特点，制定了合理有效的施工方法，是确保大悬挑结构施工的关键；2、通过运用仿真模拟施工技术，对结构施工阶段及卸载过程进行了分析，确保了施工方案的可行性及施工过程的安全；3、通过综合运用各项施工技术，确保了悬挑结构施工的质量；4、通过采用施工监测手段，验证了悬挑结构总体施工质量良好，传力可靠，与理论计算相吻合。谢谢