廣州新客站主廠房鋼結構施工方案

廣州新客站主廠房鋼結構施工方案

1結構體系及設計廣州新客運站的主要交通站有三層，一層是出發(fā)層，二層是車站層（高度12m），三層是高架站層（高度21m），頂部為鋼結構屋頂，總建筑面積37.76萬米。站房東、西落客平臺及高架候車層采用大跨度預應力混凝土框架結構。其中,高架候車層平行軌道方向跨度32m,局部16m,有粘結預應力框架梁截面為1.5m×3.2m,1.0m×3.2m;無粘結預應力次梁截面為0.65m×2.6m;垂直軌道方向跨度為23.25,21.25m;預應力混凝土梁截面為1.5m×2.6m,1.0m×2.6m;落客平臺框架梁最大跨度48m,預應力梁截面1.2m×(5.0~3.5)m。高架層上部為鋼結構屋頂,平行軌道方向跨度32m,中間跨度為68m(入口雨罩跨度為96m),垂直軌道方向跨度為68m;主要采用大跨度預應力索拱結構及預應力索殼結構,通過桁架與結構柱連接。整體結構平面見圖1、剖面見圖2。廣州新客站主站房結構體系復雜,平面尺寸為476m×222m,下部為鐵路橋梁結構,中間為大跨度預應力混凝土框架結構,屋頂為大跨度預應力鋼結構屋蓋。為了縮短施工工期,本工程采取逆作法施工工藝,即先施工下部橋梁結構和屋頂鋼結構;然后,施工落客平臺及高架候車層框架結構。考慮到混凝土施工時,屋頂鋼結構的預應力拉索已經(jīng)張拉成型,后期下部混凝土施工和預應力混凝土張拉時,對屋頂預應力鋼結構的成型狀態(tài)將產(chǎn)生一定的影響,特別是影響預應力鋼拉索的索力。為此,為保證屋頂最終成型狀態(tài)達到設計要求,保證結構的安全可靠,采用有限元軟件Midas對逆作法施工全過程進行了模擬分析,并與一次加載方式的結果進行了對比,對逆作法施工方案的制定提供了理論依據(jù)。2屋頂鋼結構柱間的連接廣州新客站工程為了縮短工期,在基礎施工完成后采用逆作法施工。具體施工順序如圖3—圖5所示。根據(jù)施工節(jié)點安排,廣州新客站工程逆作法施工順序為:支撐屋頂?shù)慕Y構柱直接落在橋梁的橋墩上,與軌道梁無直接關系。高架層的混凝土梁、柱與支撐屋蓋的鋼柱直接連接,對屋頂結構有直接的影響。影響因素主要有兩方面:a.落客平臺、高架層混凝土澆筑完成并形成剛度后,引起屋頂鋼結構柱底約束條件的改變,導致屋頂鋼結構受力狀態(tài)發(fā)生變化。b.落客平臺、高架層預應力混凝土張拉過程中,預應力混凝土梁彈性壓縮引起屋頂鋼柱柱頂發(fā)生位移,從而引起屋頂鋼結構的應力狀態(tài)、位移狀態(tài)發(fā)生變化。3反向方法施工整個過程的模擬3.1施工順序確定采用Midas/Gen730軟件進行施工模擬計算。建立整體模型,按照實際施工順序考慮:階段1為屋頂鋼結構施工并張拉鋼結構拉索;階段2為軌道層施工;階段3為東落客平臺施工;階段4為西落客平臺施工;階段5為高架層軸施工;階段6為高架層~?軸施工;階段7為高架層~?軸施工;階段8為其他部分結構施工。3.2預應力施加階段典型階段結構模型如圖6—圖8所示。限于篇幅,僅給出階段1、階段7、階段8完成相應分析結果。約束條件:柱底剛接。荷載:考慮相應的恒荷載、屋頂索拱拉索預張力、預應力混凝土預張拉。預應力施加:預應力拉索采用桁架單元,通過初拉力荷載施加預應力;預應力混凝土張拉力通過在梁單元中建立預應力鋼束線型,通過鋼束預應力荷載施加預應力,預應力張拉控制應力為1302MPa。3.3結果分析分別提取各施工階段典型拉索索力見表1,鋼柱柱頂位移如表2所示。1預應力拉索索力對所有鋼柱柱頂位移的變化進行統(tǒng)計,各施工階段,由下部混凝土施工及混凝土預應力張拉引起的鋼柱柱頂位移變化不超過5mm,這也說明,預應力拉索索力變化較小的原因。另外,對各施工階段鋼結構屋頂?shù)湫弯摌嫾ψ兓M行統(tǒng)計結果顯示,各施工階段中屋頂鋼結構構件應力變化也較小,其中拉應力變化最大不超過16MPa,壓應力變化最大不超過22MPa,應力變化相對值大部分均小于6%。4次加載模型與拉索索力對比設計計算時,計算模型是一次加載。為了考察按照逆作法施工完成時結構內(nèi)力與位移狀態(tài),與一次加載設計計算的機構內(nèi)力與位移狀態(tài)的差別,將逆作法施工結果與一次加載模型結果進行了對比。如表3、表4所示。1)由表3可知,兩種方法得到的索力相差不大。對所有拉索索力的變化統(tǒng)計可知,按照逆作法施工完成的拉索索力與一次加載模型計算的內(nèi)力變化相對值小于5%的拉索數(shù)量超過80%,且內(nèi)力變化相對值較大的拉索索力均較小,絕對值變化不大。2)由表4可知,按逆作法施工完成的鋼柱柱頂位移與按照一次加載模型計算的結果相差較大;分析其原因是,按照逆作法施工,下部混凝土結構施工時,屋頂鋼結構已經(jīng)成型并形成剛度,故由下部混凝土施工引起的鋼柱位移必然受到屋頂鋼結構剛度的制約,位移受到限制引起的。5逆作法施工過程模擬分析1)本工程逆作法施工方案,最終為屋頂鋼結構安裝、V構梁和21m層等重要節(jié)點工程節(jié)約工期45~60d?？梢娔孀鞣ㄊ┕すに囀且环N比較先進的施工方法,但可能帶來最終構件實際內(nèi)力值與按荷載一次施加到整體結構上得到的內(nèi)力設計值之間存在一定的差別。故當采用逆作法進行施工時,宜進行施工全過程模擬分析,以保證結構的成型狀態(tài)與設計相符。2)通過本文的分析結果可知,對于下部采用大跨度預應力混凝土結構,屋頂采用大跨度預應力張弦鋼結構的結構體系來說,底部預應力混凝土張拉,僅對鋼柱附近屋頂預應力拉索索力值有影響,且影響較小。當梁、柱截面剛度較大時,可以忽略不計。11級別1屋頂鋼結構施工,見圖3。22級別2施工下部橋梁結構,見圖4。33級別3施工落客平臺及高架候車層混凝土,見圖5。4屋頂鋼結構鋼柱拉索力分析對所有拉索內(nèi)力的變化進行統(tǒng)計,各施工階段,由下部混凝土施工及混凝土預應力張拉引起內(nèi)力變化相對值小于5%的拉索數(shù)量占總數(shù)量的80%,分