摘要：近年来，我国对大量老旧火车站进行了改扩建工程建设，此类工程有以下几个特点。西安火车站改建站房屋盖项目概况西安火车站站房屋盖采用曲面焊接球网架结构形式，屋盖钢结构为焊接球网架，采用四角锥网架结构，下弦两边支承。西安火车站改扩建工程具有以下几个典型特征。...

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【摘要】结合西安火车站改扩建工程，介绍了大跨度焊接球网屋盖施工的吊装方法，并讲解了施工过程中的关键技术，包括吊装的设置等。点、吊架设计、工程分期施工造成屋面结构破坏，并处理由此产生的问题。 总结了此类项目建设过程中的相关经验。

【关键词】： 焊接球栅； 起重； 吊点； 升降架； 分期建设

0 前言

老火车站改造过程中，往往需要保证铁路的正常运营，这就导致了施工过程中的改线问题。 由于线路变更的需要，该项目通常分期建设。 因此，车站屋顶的建设也将面临结构的临时分割，分割后的单元将面临独立承重使用的状态。 因此，结构类型和分割点临时结构措施的设置直接决定了结构竣工后的状态是否接近设计状态。

解决这个问题的方法有两种：一是预处理，即在设计阶段就考虑到这个问题，通过设计手段避免对结构的影响，如选择合理的结构形式——网架结构体系，设置独立的垂直支撑系统等； 第二种是后处理，即在施工阶段设置合理的临时措施，在整体结构施工完成后，更换因临时边界条件变化而导致承载力不足的杆件，以保证结构的安全。 。 显然，预处理方法的效果使得结构更加经济合理。

由于建筑造型、建设工期等多种因素，西安火车站改扩建工程采用第二种方式办理。 虽然保证了结构安装成功并与设计状态基本一致，但投资成本较高。 该项目可为后续类似项目的建设提供参考。

1 改建火车站建筑现状

近年来，我国对一大批旧火车站进行了改扩建工程。 此类项目具有以下特点。

（1）保留原有旧站房，并在旧站房基础上进行改造。

（2）扩建新站房和候车厅。 新站房——高架候车厅——与老站房形成工字形建筑造型，铁路线路从高架候车厅下部穿过。

（3）施工过程中列车不停止运行。 该项目将分两期建设。 一期建设完成后，将进行铁路改线，然后进行二期建设，直至项目整体建设完成。

（4）高架候车厅中部一般为跨度70~90m的大开间，两侧设有框架式商业夹层。 建筑空间布局决定了屋面结构需要采用大跨度空间结构，一般采用桁架或网架结构。 。

2 西安火车站改建站房工程概况

西安火车站屋顶采用曲面焊接球网结构。 屋面钢结构为焊接球网架，采用四棱锥网架结构，下弦两侧支撑。

网格平面尺寸为123m×196m。 网格尺寸为4.25m×4.25m，网格厚度为2.25~4.95m。 网格杆规格为P89×4~P299×20，共11183根； 焊球规格为WS2606~WSR8030，共2527颗。

网格的东西两侧均设有悬臂桁架。 悬臂桁架为圆管平面桁架+圆管矩形桁架。 平面桁架截面最大高度2.25m，悬挑4.7m，共129块； 矩形桁架矩形截面尺寸为1.2m×1m，最长6m（即悬臂桁架间距），共93个。 悬臂桁架杆规格为P140×4、P114×4，材质为Q355B。

由于建筑效果和地质问题（高架候车厅跨越地震裂缝带），整个火车站屋顶被划分为四个独立的网格，北站区A1、高架候车厅B2、高架候车厅B3（跨越地裂缝）网格）和高架候车厅B1区。

北站屋顶为东、西、北三侧支撑的网架结构，高架候车厅屋顶为东、西两侧支撑。 整个屋面网格最大跨度为75m。 整个项目建设过程中，铁路线一直保持运营状态，因此项目分两期建设。 一期建设完成后，铁路改线，进行二期建设。

3 施工方案选择

由于车站地面承载能力有限，无法使用大型起重机械在地面上进行吊装作业。 在此前提下，通过划分施工区域，在不同的施工区域采用不同的施工方法。

北站房A-1区土建层共有±0.000m、9.770m、23.700m 3个标高。 23.700层为商业层，距网格下弦高差小于2m。 同时，由于距塔吊的距离较近，因此该区域采用塔吊进行现场吊装。

中区网格下部投影区域包含两层，因此采用累积提升方式安装。 由于二期屋面结构形状为规则矩形，考虑到施工工期，可结合土建施工进度采用累积滑移法。

高架候车厅B-1/2/3区域土建层共两层：9.770m层和23.700m层。 同样，23.700层上层屋顶采用原位吊装，中间区域采用分块吊装安装。 一期、二期建设方案见图1、图2。

图1 一期分区建设规划示意图

图2 二期分区建设规划示意图

4 施工方案技术要点 4.1 吊点布置

吊点布置应遵循四个原则：尽量保证吊装过程中网格的受力状态接近设计应力状态； 吊装过程中结构变形在合理范围内； 提升过程中杆件的受力状态满足承载能力要求； 吊装完成后，结构构件所受的附加应力不应超过设计安全裕度。

根据上述原则，为每个吊块设置吊点。

（1）北站房A1区投影以下有两个土建施工面。 一层标高±0.000m，二层标高9.770m。 若采用一次性吊装，则需架设一半网格面积，高度为9.7m。 为了减少装配措施量，装配好的轮胎架分两次累计升级。 一个升级是组装一楼并将其提升到二楼标高。 它与二楼组装好的网架连接，组成杆子，然后形成整个建筑，将两次升级到设计水平。 因此，除了利用原有的部分支撑点位置外，还在两个吊点的交界处额外设置了一排吊点。 这部分吊点利用地板上组装的网格结构作为吊装反力提供点。 同时，这部分吊点不参与二次吊装，需要在二次吊装前卸载拆除（图3、图4）。

图3 A1区主要吊点示意图

图4 A1区二次吊装吊点示意图

（2）高架候车厅B2区域吊点与支撑点相同。 除在B3区域的支撑点处设置相应的吊点外，为避免网格受力状态变化（三跨连续变为单跨简支）造成跨中挠度过大的问题，故设置了两处网格跨中设置多组独立吊装架（图5）。

图5 B2区吊点示意图

（3）B1区屋面结构因分期施工问题，被人为劈裂。 同时，一期、二期的分缝均位于矩形天窗区域。 该区域屋顶为双层网架结构，竖向刚度比其他区域小很多。 三层网格是结构竖向刚度的薄弱环节。 因此，B1区除了按照B3区的方法布置吊点外，在一、二期靠近合龙缝的天窗区域还布置了三组独立吊装架，以保证合龙缝附近的结构在闭合形成整体结构之前处于低应力下。 对称布置的目的是使两侧边界条件一致。 后期施工卸载前，荷载条件必须一致，以保证合模后结构变形协调（图6）。

图6 B3/B1（一期）区域改善点

4.2 吊架及吊点形式

吊装架作为吊装过程中的关键措施，直接影响吊装施工的安全，吊装架的结构形式直接影响现场施工效率和施工成本。

本工程屋顶升降架分为两种形式。 一种是位于升降装置外围的升降架，采用三脚架结构形式。 提升架扎根于已安装的网格支架的焊接球上，包括提升梁和立杆支架。 拉杆、后拉杆和稳定杆，起升过程中起升所需的反作用力由安装的网架结构提供。 采用这种结构形式，大大缩短了加工安装周期，节省了投资措施成本。 另一种是四面格子吊装架，主要用于格子内部的吊点。 每个格子吊架顶部两端悬挑一根吊梁，对应两个吊挂点。 提升架放置在网格范围内西安钢结构设计，放置位置与网格一致。 采用这种起升框架结构，不仅可以将起升过程中的后供杆数量减少到最少，只需三根弦，而且还可以保证在起升过程中提高框架的稳定性。

提升架底部采用略大于提升架平面尺寸的底部转换平台。 转换平台通过预埋板与下部土建结构连接。

提升架的位置位于混凝土主梁所在的位置。 这样可以在提升过程中将提升反作用力从点载荷转换为表面载荷。 同时，吊装反力由下部结构中承载能力最大的框架梁承担，保证了吊装过程中下部土建结构的安全。

吊点有两种类型。 一种是吊索直接与焊球连接。 由于焊球局部承载力较大，吊装过程中能够满足节点承载力要求。 另一种是因为上升点对应下降点的位置在弦上。 根据网格的受力特点（节点应力为主力），在焊球上连接临时转换桁架。 转换桁架由吊杆梁、八字形拉杆和立杆组成（图7）。

图7 滑轨布置示意图

4.3 二期屋顶滑轨及滑靴（推点）设置

滑轨的布置直接影响滑​​轨过程中结构的安全性、现场施工效率和施工成本。 根据屋顶网架支撑布置和土建结构分布，在网架两侧设置两条滑轨。 轨道由槽钢制成，支撑在混凝土梁的上表面上。 为了保证滑动单元之间的变形协调，减少施工过程中产生的附加应力，在网架跨中部设置短滑轨，并在短轨末端设置斜坡，以减少施工过程中产生的附加应力。实现滑动单元跨中平滑自动滑动。 卸载（图8）。

图8 滑靴布置示意图（推点）

4.4 一、二期屋面分割后施工要点

本工程因线路变更而采用分期施工方式，导致屋面在形成完整的结构之前被分成两个独立的结构，分别承受使用阶段的荷载。 为保证一、二期两侧屋面合拢前协调变形，同时保证各独立块体在承受使用荷载时的结构应力安全，临时独立吊装框架设置于闭合缝两侧及天窗区域内。 吊装架的数量和位置应根据结构施工模拟确定。 后期合顶前，需保证两侧边界条件和荷载条件一致，即合拢缝两侧独立吊装框架的位置和数量一致，所有屋顶荷载施工已完成。 只有在这些条件下关闭顶板，才能使结构的受力状态保持接近设计的受力状态。

采用该施工方法，并利用有限元软件midasGen对整个施工过程进行模拟。 除了考虑施工过程外，还以施工完成状态作为后续使用阶段验证的初始状态。 计算结果表明结构变形和杆件应力水平接近设计状态。

4.5 换杆加固

施工采用提升和滑移方法进行。 施工过程中，由于边界条件的变化，局部杆件的受力状态会发生突变。 杆件的内力会明显增大，还会出现拉压颠倒的情况。 此时西安钢结构设计，需要对杆件进行更换，以确保杆件在施工过程中和后期使用过程中满足承载力要求。

本项目顶杆更换次数最多的区域主要是高架候车厅B1区域。 由于这里分两期施工，屋顶被人为地劈成两块独立的部分来承受受力，边界条件和结构完整性发生了很大变化。

考虑到实际施工过程中各种不利因素的发生，施工过程中对结构设定一定的安全裕度，并按以下原则进行杆件更换。

(1)在任何施工阶段和施工状态下，杆件的最大应力比不应超过0.7。

(2)在任何施工阶段和施工状态下，当杆件受力状态由拉转为受压时，必须保证长细比符合要求。

(3)施工完成后，考虑使用阶段的所有荷载。 在结构的所有荷载组合下，构件的最大应力比不超过0.7。

（4）所有弦杆完成换杆后必须符合JGJ7-2010《空间网架结构技术规程》的要求。 相邻弦杆受力方向截面积之比小于1.8倍。 根据施工过程模拟，该区域更换了407根杆件。

5 结论

西安火车站改扩建工程具有以下典型特点。

（1）候车厅区域屋面施工不能使用大型机械进行吊装施工。 可优先考虑液压顶升和累积滑移两种相对成熟、便捷的施工方法。

(2)采用提升、滑移方式施工时，必须考虑屋面结构施工工艺与设计状态的差异。 例如，如果原结构上的应力是三跨连续或多跨连续应力，那么吊装过程中的顶板应力就是简单的，这时就需要设置临时边界（吊装点）来减少变形。施工过程中应力水平与设计状态的差异。 滑动过程中，滑动单元的划分、滑轨的数量和布置、滑靴点的数量和布置应尽可能与设计支撑边界条件一致。 各滑动单元之间的构件连接必须保证变形协调等。

（3）由于改造过程中列车线路不会停运，且后期将进行换线施工，因此屋顶也将面临结构分割的问题。 分割后的独立块的应力与整体应力有很大差异，因此应该从两个层面考虑这个问题。 首先是设计层面。 结构设计阶段，应根据工程施工需要预设合拢位置，使合拢位置从设计层面避开结构薄弱区域，或合拢缝两侧区域的结构刚度通过结构设计手段进行人为加固，确保其能够独立承受施工各个阶段的荷载。 二是建设水平。 施工阶段，通过全过程施工模拟分析，设置合理的临时边界，并采用换杆、预封顶等施工方法，保证施工过程中各独立块体受力的安全性和协调性。关闭前的变形。 。