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【摘 要】 本文通过对超长轻薄巨型桁架合理分段，将牛腿和提前在地面上拼装好，用50吨履带吊将其吊装到设计位置，上、下锚点分别设置在牛腿和拼装完成的桁架上，通过在桁架两侧设置导向架，既解决了拼装过程中桁架的稳定问题，又达到了提升导向、抗倾覆的目的。通过在桁架和牛腿之间设置活接头，达到了桁架提升就位后快速合拢的目的。
【关键词】 管桁架;钢结构;超长;大跨度
1、引言
目前，国内铁路建设处于黄金阶段，一大批像北京南站、厦门西站、南京南站、武汉站、广州站等高标准、大跨度的现代化铁路站房脱颖而出，而这些大型铁路站房的共同点是：建设周期比较短，交叉作业多。
厦门西站屋面钢结构为管桁架，为了使建筑外型符合闽南民居“燕尾脊”特色，结构设计共在屋面钢结构中设计了16榀大跨度的主梁，其中ZHJ2为16榀主梁中最具代表性的一榀。ZHJ2高度23米，长度132米，宽度仅1米，重量达到了1200吨，安装高度距楼地面57米。ZHJ2采用原位拼装、整体提升的施工方法。
2、工艺原理
大跨度异型立体桁架施工，其关键就是根据结构特点和施工场地情况，对桁架进行合理分段，优选吊装机械和吊装方法等。吊装时，通过动滑轮体系，使构件在吊装过程中，经滑轮，对构件重心进行微调，从而达到平衡构件的目的。
3、施工工艺流程及操作要点
3.1施工工艺
3.2操作要点
3.2.1测量放线
在8.95m楼板上，沿H轴（C轴）线向两侧各偏移15m设置控制线，作为沿ZHJ2X方向的拼装“控制轴线”，沿垂直于H轴（C轴）方向，设置6条Y方向控制线，组成ZHJ2拼装控制轴线网，控制网既可以快速确定主桁架中竖向立杆的位置，又很好的控制了桁架拼装过程中的垂直度问题。
图1 轴线控制网示意图
3.2.2临时胎架安装
ZHJ2拼装在8.95m楼板上原位进行，主桁架下通过设置胎架，达到焊接及起拱的要求。胎架采用H型钢和槽钢加工而成，两侧设置限位板。
图2 胎架做法示意
拼装胎架与预埋在混凝土梁上的钢板焊在一起，固定牢靠。胎架数量根据下弦杆的分段情况确定，每段下弦杆的两端必须设置胎架，若下弦杆单体长度较大，则在下弦杆中间再增加1-2个胎架。起拱高度通过控制胎架的顶标高进行调整，由中间向两侧依次进行
3.2.3临时支撑体系
图3 导向、支护架侧视、轴侧图
（1）导向、支护架的设置
导向、支护架一组选用2个1.28*1.28m格构式标准节，高度21m，共布置5组，能够确保桁架在拼装过程中的侧向稳定，同时在主桁架提升就位后，标准节顶部高于桁架下弦水平主管，可以与桁架下弦主管加固连接，增加桁架本身的受力支点，从而能够确保在桁架合拢过程中和后续屋面次桁架安装过程中主桁架的侧向稳定。
（2）导向构架的设置
桁架提升导向构架一组选用2个1.28x1.28m格构式标准节，高度大于提升高度约2m，共4组，地脚与混凝土生根刚接，在拼装过程中，其作用与支护构架相同。
（3）桁架拼装及提升就位后，支护架侧立面布置图见图4。
图4 拼装过程中支护构架立面布置图
3.2.4桁架原位拼装
（1）下弦杆安装、焊接
将所有下弦杆件在胎架上组拼、对口，从中间向两侧依次安装，安装完成后，调整起拱高度和水平轴线位置，整体调整后分段按顺序增加弦杆接口的约束板，用于定位接口。
图5 下弦管对接接口焊接顺序示意图
每段下弦杆件对接接口焊接时，两根下弦杆件的接口必须同时焊接，且两根主管的焊接起点位置、焊接方向应都相对。
（2）第1段竖向小拼单元安装
①小拼单元就位
第1段小拼单元安装时，首先要在下弦管上测放出小拼单元竖向杆件的十字轴线及贯口外轮廓线（外轮廓线与十字轴线的交点，即外轮廓控制点），吊车吊装时首先对好线位，同时用缆风绳固定，先调节立杆位移，再利用经纬仪通过四方向缆风绳找好小拼单元的垂直度。然后，缆风绳固定，小拼单元与下弦杆点焊。
②第1段竖向小拼单元调整
第1段竖向小拼单元安装完毕后，对立杆的位移和垂直度进行调节。先进行小拼单元的位移调整，位移调整到位后再进行垂直度的校正。立杆就位垂偏使用缆风绳与倒链进行调节，立杆水平方向使用钢板定位。
③第1段竖向小拼单元焊接
因桁架第1层斜腹杆与下弦主管，立杆间存在二次相贯，因此在安装腹杆前，必须将立杆与下弦主管相贯口焊接完毕，焊接顺序采取节点跳焊、分区焊接的方法，尽可能减少焊接变形。
图6 竖向小拼单元与下弦杆焊接顺序示意图
（3）第2段立柱安装
第1段小拼单元全部安装焊接完成后，且支护构架安装固定后，开始安装第2段立柱，由于立柱、斜腹杆、水平腹杆之间存在二次相贯问题，故所有第2段结构无法拼接成小拼单元，需散拼。
（4）第3段上弦小拼单元安装
①上弦小拼单元安装从中心向两端延伸安装，小拼单元就位后，与下部立杆先点焊连接。
②中心小拼单元就位后，将支护标准节升至24m，并与上弦中心段小拼单元连接。
③上弦小拼单元精度调节应用千斤顶调节。
④上弦小拼单元之间对接接口连接形式采用耳板连接，耳板形式与竖向立柱连接形式相同。上弦小拼单元选择从中间向两边对称安装的顺序，偏差调整都通过临时连接，耳板配合撬棍、千斤顶等调整精度。因上弦水平拼装单元安装时，需与立柱进行插板连接，且同时小拼单元水平主管对接口处要有内衬管，安装难度特别大。因此，将对接口处内衬管做成可活动式。 ⑤上弦小拼单元全部就位后，将小拼单元间的斜腹杆安装上，进行整体的调整。调整完成后，开始对上弦单元连接体进行整体全面焊接。
⑥上弦小拼单元焊接：
上弦总体焊接顺序：从中间向两端，分段间隔焊接。（同一对接节点的所有焊口同时焊接，每段小拼单元两端的节点焊口不得同时焊接）
具体参下图：先A后B，先1后2再3，最后焊接后插入斜腹杆。（同一杆件两端不能同时施焊）。
图7 上弦小拼接口焊接顺序示意图
3.2.4提升
（1）提升点选择
经过对主桁架提升工况多次模拟计算，确定如下提升构造：
①提升牛腿：选择ZHJ2原结构作为提升上锚点的支撑结构：
图8 提升牛腿示意图
②提升上锚点
选择桁架上弦水平主管作为提升上锚点，通过转换结构（提升工装梁），将液压千斤顶固定。
③提升下锚点
选择第三层水平腹杆作为提升下锚点，通过转换结构（工装梁）固定锚具：
（2）提升设备选择
提升时，每个提升点选择2个200t千斤顶和2个100吨千斤顶，提升能力1200T，提升各点提升反力分别为（185T和184T），提升安全储备系数为1.622。
（3）预提升
预提升是对整个提升施工系统的实际工作质量状态、理论计算分析准确性的最终检验。试提升采用逐步加载过程，也是对系统内难以检查的结构部分（包括钢结构主体、提升牛腿、提升平台等）的测试，它的成功与否直接关系提升施工安全顺利与否，所以试提升阶段检查工作非常重要，是整个提升施工的关键工序。
（4）正式提升
由于桁架本身超长，要求在主桁架提升的过程中，各吊点必须同步。由一台主控计算机控制所有提升油缸的统一动作及各个提升吊点的位置同步，确保各吊点受力均衡。在提升体系中，设定主令提升吊点，其它提升吊点均以主令吊点的位置作为参考来进行调。主令提升吊点决定整个提升系统的提升速度，通过泵站的流量分配和其它因素来设定提升速度。根据本次提升系统的设计，最大提升速度控制在4m/h左右。
图9 整体提升示意图
3.2.5合拢
为了保证桁架提升就位后顺利对接，提升段与提升牛腿间预留活接口，用以调节构件分段拼接过程中的尺寸偏差，最终保证构件的整体尺寸，确保施工质量，活接口及预留塞杆待桁架校正就位后再安装焊接，见图10。
图10 桁架提升就位示意图
3.2.6卸载
钢结构桁架卸载过程是指由提升系统受力向正式结构自身受力逐渐转化的过程，卸载实施的成败直接关系到整体结构的安全，是整个桁架施工质量的最终检验。
（1）桁架卸载的前提条件
桁架预留的活接口、后塞杆以及相关的焊接工作已全部完成，并设计要求需超声波探伤的部位检测合格，各项资料齐全验收合格;
（2）卸载方法
桁架提升点的卸荷采取分级卸载的方法，每次卸荷等级为25%。
（3）卸载过程中要实时对主桁架进行变形观测，出现异常要立即停止施工，情况分析后报监理、设计及业主单位，确定方案后，方可继续施工。
（4）卸载完成后拆除提升设备。
3.2.7挠度检测
为了确保主桁架整体提升过程的安全性和可靠性，在试提升和正式提升过程中，通过设置应力、应变检测点，对桁架典型部位杆件进行应力应变监测。主桁架上总共布置了20个点测试点，其中桁架上14个，提升牛腿上6个，其中10个点除了应变外还能测量改点温度，由计算机汇总的检测数据，通过与理论分析计算进行比较，进而达到了实时检测的目的，使结构受力在提升过程中始终处于允许范围内，同时给提升过程提供了有利的科学依据，保证了主桁架提升工作安全顺利进行。
4、质量控制
表8-1 质量执行标准
序号 项目 执行标准
1 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001
2 建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002
3 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 GB985—88
参考文献：
[1] GB50017-2003钢结构设计规范[S]
[2] GB50300-2001建筑工程施工质量验收统一标准[S]
[3] GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S]
[4] GB50026-2007工程测量规范[S]
作者简介：王伟，1975年5月，男，高级工程师，项目经理，1998年7月毕业与西南交通大学土木工程专业，地址：合肥市望湖西路与望湖南路交叉口中铁建设集团合肥南站项目经理部。
【关键词】 管桁架;钢结构;超长;大跨度
1、引言
目前，国内铁路建设处于黄金阶段，一大批像北京南站、厦门西站、南京南站、武汉站、广州站等高标准、大跨度的现代化铁路站房脱颖而出，而这些大型铁路站房的共同点是：建设周期比较短，交叉作业多。
厦门西站屋面钢结构为管桁架，为了使建筑外型符合闽南民居“燕尾脊”特色，结构设计共在屋面钢结构中设计了16榀大跨度的主梁，其中ZHJ2为16榀主梁中最具代表性的一榀。ZHJ2高度23米，长度132米，宽度仅1米，重量达到了1200吨，安装高度距楼地面57米。ZHJ2采用原位拼装、整体提升的施工方法。
2、工艺原理
大跨度异型立体桁架施工，其关键就是根据结构特点和施工场地情况，对桁架进行合理分段，优选吊装机械和吊装方法等。吊装时，通过动滑轮体系，使构件在吊装过程中，经滑轮，对构件重心进行微调，从而达到平衡构件的目的。
3、施工工艺流程及操作要点
3.1施工工艺
3.2操作要点
3.2.1测量放线
在8.95m楼板上，沿H轴（C轴）线向两侧各偏移15m设置控制线，作为沿ZHJ2X方向的拼装“控制轴线”，沿垂直于H轴（C轴）方向，设置6条Y方向控制线，组成ZHJ2拼装控制轴线网，控制网既可以快速确定主桁架中竖向立杆的位置，又很好的控制了桁架拼装过程中的垂直度问题。
图1 轴线控制网示意图
3.2.2临时胎架安装
ZHJ2拼装在8.95m楼板上原位进行，主桁架下通过设置胎架，达到焊接及起拱的要求。胎架采用H型钢和槽钢加工而成，两侧设置限位板。
图2 胎架做法示意
拼装胎架与预埋在混凝土梁上的钢板焊在一起，固定牢靠。胎架数量根据下弦杆的分段情况确定，每段下弦杆的两端必须设置胎架，若下弦杆单体长度较大，则在下弦杆中间再增加1-2个胎架。起拱高度通过控制胎架的顶标高进行调整，由中间向两侧依次进行
3.2.3临时支撑体系
图3 导向、支护架侧视、轴侧图
（1）导向、支护架的设置
导向、支护架一组选用2个1.28*1.28m格构式标准节，高度21m，共布置5组，能够确保桁架在拼装过程中的侧向稳定，同时在主桁架提升就位后，标准节顶部高于桁架下弦水平主管，可以与桁架下弦主管加固连接，增加桁架本身的受力支点，从而能够确保在桁架合拢过程中和后续屋面次桁架安装过程中主桁架的侧向稳定。
（2）导向构架的设置
桁架提升导向构架一组选用2个1.28x1.28m格构式标准节，高度大于提升高度约2m，共4组，地脚与混凝土生根刚接，在拼装过程中，其作用与支护构架相同。
（3）桁架拼装及提升就位后，支护架侧立面布置图见图4。
图4 拼装过程中支护构架立面布置图
3.2.4桁架原位拼装
（1）下弦杆安装、焊接
将所有下弦杆件在胎架上组拼、对口，从中间向两侧依次安装，安装完成后，调整起拱高度和水平轴线位置，整体调整后分段按顺序增加弦杆接口的约束板，用于定位接口。
图5 下弦管对接接口焊接顺序示意图
每段下弦杆件对接接口焊接时，两根下弦杆件的接口必须同时焊接，且两根主管的焊接起点位置、焊接方向应都相对。
（2）第1段竖向小拼单元安装
①小拼单元就位
第1段小拼单元安装时，首先要在下弦管上测放出小拼单元竖向杆件的十字轴线及贯口外轮廓线（外轮廓线与十字轴线的交点，即外轮廓控制点），吊车吊装时首先对好线位，同时用缆风绳固定，先调节立杆位移，再利用经纬仪通过四方向缆风绳找好小拼单元的垂直度。然后，缆风绳固定，小拼单元与下弦杆点焊。
②第1段竖向小拼单元调整
第1段竖向小拼单元安装完毕后，对立杆的位移和垂直度进行调节。先进行小拼单元的位移调整，位移调整到位后再进行垂直度的校正。立杆就位垂偏使用缆风绳与倒链进行调节，立杆水平方向使用钢板定位。
③第1段竖向小拼单元焊接
因桁架第1层斜腹杆与下弦主管，立杆间存在二次相贯，因此在安装腹杆前，必须将立杆与下弦主管相贯口焊接完毕，焊接顺序采取节点跳焊、分区焊接的方法，尽可能减少焊接变形。
图6 竖向小拼单元与下弦杆焊接顺序示意图
（3）第2段立柱安装
第1段小拼单元全部安装焊接完成后，且支护构架安装固定后，开始安装第2段立柱，由于立柱、斜腹杆、水平腹杆之间存在二次相贯问题，故所有第2段结构无法拼接成小拼单元，需散拼。
（4）第3段上弦小拼单元安装
①上弦小拼单元安装从中心向两端延伸安装，小拼单元就位后，与下部立杆先点焊连接。
②中心小拼单元就位后，将支护标准节升至24m，并与上弦中心段小拼单元连接。
③上弦小拼单元精度调节应用千斤顶调节。
④上弦小拼单元之间对接接口连接形式采用耳板连接，耳板形式与竖向立柱连接形式相同。上弦小拼单元选择从中间向两边对称安装的顺序，偏差调整都通过临时连接，耳板配合撬棍、千斤顶等调整精度。因上弦水平拼装单元安装时，需与立柱进行插板连接，且同时小拼单元水平主管对接口处要有内衬管，安装难度特别大。因此，将对接口处内衬管做成可活动式。 ⑤上弦小拼单元全部就位后，将小拼单元间的斜腹杆安装上，进行整体的调整。调整完成后，开始对上弦单元连接体进行整体全面焊接。
⑥上弦小拼单元焊接：
上弦总体焊接顺序：从中间向两端，分段间隔焊接。（同一对接节点的所有焊口同时焊接，每段小拼单元两端的节点焊口不得同时焊接）
具体参下图：先A后B，先1后2再3，最后焊接后插入斜腹杆。（同一杆件两端不能同时施焊）。
图7 上弦小拼接口焊接顺序示意图
3.2.4提升
（1）提升点选择
经过对主桁架提升工况多次模拟计算，确定如下提升构造：
①提升牛腿：选择ZHJ2原结构作为提升上锚点的支撑结构：
图8 提升牛腿示意图
②提升上锚点
选择桁架上弦水平主管作为提升上锚点，通过转换结构（提升工装梁），将液压千斤顶固定。
③提升下锚点
选择第三层水平腹杆作为提升下锚点，通过转换结构（工装梁）固定锚具：
（2）提升设备选择
提升时，每个提升点选择2个200t千斤顶和2个100吨千斤顶，提升能力1200T，提升各点提升反力分别为（185T和184T），提升安全储备系数为1.622。
（3）预提升
预提升是对整个提升施工系统的实际工作质量状态、理论计算分析准确性的最终检验。试提升采用逐步加载过程，也是对系统内难以检查的结构部分（包括钢结构主体、提升牛腿、提升平台等）的测试，它的成功与否直接关系提升施工安全顺利与否，所以试提升阶段检查工作非常重要，是整个提升施工的关键工序。
（4）正式提升
由于桁架本身超长，要求在主桁架提升的过程中，各吊点必须同步。由一台主控计算机控制所有提升油缸的统一动作及各个提升吊点的位置同步，确保各吊点受力均衡。在提升体系中，设定主令提升吊点，其它提升吊点均以主令吊点的位置作为参考来进行调。主令提升吊点决定整个提升系统的提升速度，通过泵站的流量分配和其它因素来设定提升速度。根据本次提升系统的设计，最大提升速度控制在4m/h左右。
图9 整体提升示意图
3.2.5合拢
为了保证桁架提升就位后顺利对接，提升段与提升牛腿间预留活接口，用以调节构件分段拼接过程中的尺寸偏差，最终保证构件的整体尺寸，确保施工质量，活接口及预留塞杆待桁架校正就位后再安装焊接，见图10。
图10 桁架提升就位示意图
3.2.6卸载
钢结构桁架卸载过程是指由提升系统受力向正式结构自身受力逐渐转化的过程，卸载实施的成败直接关系到整体结构的安全，是整个桁架施工质量的最终检验。
（1）桁架卸载的前提条件
桁架预留的活接口、后塞杆以及相关的焊接工作已全部完成，并设计要求需超声波探伤的部位检测合格，各项资料齐全验收合格;
（2）卸载方法
桁架提升点的卸荷采取分级卸载的方法，每次卸荷等级为25%。
（3）卸载过程中要实时对主桁架进行变形观测，出现异常要立即停止施工，情况分析后报监理、设计及业主单位，确定方案后，方可继续施工。
（4）卸载完成后拆除提升设备。
3.2.7挠度检测
为了确保主桁架整体提升过程的安全性和可靠性，在试提升和正式提升过程中，通过设置应力、应变检测点，对桁架典型部位杆件进行应力应变监测。主桁架上总共布置了20个点测试点，其中桁架上14个，提升牛腿上6个，其中10个点除了应变外还能测量改点温度，由计算机汇总的检测数据，通过与理论分析计算进行比较，进而达到了实时检测的目的，使结构受力在提升过程中始终处于允许范围内，同时给提升过程提供了有利的科学依据，保证了主桁架提升工作安全顺利进行。
4、质量控制
表8-1 质量执行标准
序号 项目 执行标准
1 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001
2 建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002
3 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 GB985—88
参考文献：
[1] GB50017-2003钢结构设计规范[S]
[2] GB50300-2001建筑工程施工质量验收统一标准[S]
[3] GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S]
[4] GB50026-2007工程测量规范[S]
作者简介：王伟，1975年5月，男，高级工程师，项目经理，1998年7月毕业与西南交通大学土木工程专业，地址：合肥市望湖西路与望湖南路交叉口中铁建设集团合肥南站项目经理部。