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廈門西站屋面鋼結構施工關鍵技術

文檔作者：周觀根1，陳志祥1，朱乾1，俞水其1，喬聚甫2，張彥1 文檔來源： 1．浙江東南網架股份有限公司 2．北京市機械施工有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年12月15日
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108
施工技術
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2010年8月
第39卷第8期
廈門西站屋面鋼結構施工關鍵技術
周觀根1，陳志祥1，朱乾1，俞水其1，喬聚甫2，張彥1
(1．浙江東南網架股份有限公司，浙江杭州311209；2．北京市機械施工有限公司，北京100045)
【摘要】廈門西站屋面鋼結構采用大跨度空間鋼桁架和雙向正交鋼管桁架結構，是目前國內跨度最大的鐵路站房，
其施工難度大、技術要求高。對廈門西站鋼結構工程施工中的關鍵技術進行了研究和探討，重點介紹了樓板加固
措施，主桁架ZHJ3，ZHJ2整體提升技術，屋面桁架提升技術等。利用有限元分析軟件對鋼結構工程主桁架和屋面
桁架的提升過程及構件吊裝進行模擬分析，說明提升過程中，整個結構體系處于安全狀態(tài)。
[關鍵詞]廈門西站；鋼結構；大跨度鋼桁架；施工技術
[中圖分類號]TU758．11 [文獻標識碼】A [文章編號】1002．8498(2010)08—0108-04
Key Construction Technology for Roof Steel Structure
of Xiamen West Railway Station
Zhou Guan’gen‘，Chen Zhixian91，Zhu Qianl，Yu Shuiqil，Qiao Jufu2，Zhang Yanl
(1．Zhejiang Southeast Space Frame Co．，Ltd．，Hangzhou，Zhejzang 3 1 1 209，China；
2．Beijing Mechanized Construction Co．，Ltd．，Beijing 100045，China)
Abstract：The steel structure roof for Xiamen West Railway Station is the largest span railway station
building in current China with large—span spatial steel truss and bidirectional omhogonal steel truss
structure，and its structure form is novel and complex．Authors study and discuss the key construction
technologies of roof steel structure，and the strengthening measures for floor，integral hoisting technology
for main trusses of ZHJ3 and ZHJ2，lifting technology for roof truss are introduced in detail．By finite
element software，the lifting process for main truss and roof truss and hoisting of components are simulated
to indicate that the whole structure is safe during hoisting．
Key words：Xiamen West Railway Station；steel structure；large—span steel truss；construction technology
1工程概況
廈門西站是國家鐵路網沿海大通道的重要客運
站，站房跨度達132m，是目前國內最大跨度的鐵路站
房，建筑效果如圖1所示。站房建筑層數為3層，地下
1層，地上2層，建筑最高點53m，站房主體采用鋼筋混
凝土結構，局部為型鋼混凝土結構，樓面采用現澆鋼筋
混凝土雙向有黏結預應力框架結構，屋面鋼結構采用
大跨度空間鋼桁架和雙向正交鋼管桁架結構。無站臺
柱雨篷為鋼管桁架結構，對稱布置在站房兩側。廈門
西站總建筑面積16．2萬m2，其中站房10．9萬m2，站
臺雨篷5．3萬m2。
廈門西站站房屋蓋鋼結構如圖2a所示，主要由主
桁架(ZHJl一ZHJ7)和屋面雙向正交鋼管桁架及ZHJl
外側的懸挑桁架組成。
無站臺柱雨篷如圖2b所示，對稱布置在站房兩
側，每側雨篷由5片弧形屋面組成。雨篷尺寸114．7m
圖1廈門西站建筑效果
Fig．1 Architectural effect of Xiamen
West Railway Station
×171．5m，柱間主桁架跨度26．4m和23．1m，次桁架跨
度44m和25．1m，最高點標高31m。
2工程重點難點
廈門西站鋼結構工程結構形式新穎、構造復雜，站
[收稿日期】2010-07-09
[基金項目】國家863計劃(2007AA04ZA41)
[作者簡介]周觀根，浙江東南網架股份有限公司教授級高級工
程師．浙江省杭州市蕭山區(qū)衙前鎮(zhèn)新林周村311209，電話：
(057 i)82782847．E-mail：z991967@163．corn
萬方數據
20lO NO．8 周觀根等：廈門西站屋面鋼結構施工關鍵技術109
a站房屋蓋b無站臺桂雨鼉
圖2廈門西站鋼結構示意
Fig．2 Steel structure of Xiamen West Railway Station
房屋面主結構為大跨度桁架結構，次結構為雙向正交
鋼管桁架結構，針對結構的特點和施工現場條件，鋼結
構工程采用提升和吊裝相結合的方案施工。其中站房
屋蓋鋼結構中主桁架ZHJ2，ZHJ3，ZHJ6和ZHJ7以及
ZHJl與ZHJ2之間和zHJ2與ZHJ3之間的屋面桁架采
用場外小拼、場內整拼，然后分別提升到設計位置進行
合龍的方法進行安裝；其它站房屋蓋鋼結構以及站臺
雨篷鋼結構采用場外小拼，場內中拼，然后分段分塊吊
裝的方法進行安裝。針對提升施工鋼結構部分面積特
大、重量特重的特點，采用按主次結構分別提升的方
案，即先提升主桁架，待主桁架提升安裝完畢后，再提
升安裝主桁架之間的屋面桁架。提升施工結構概況如
表l所示。
表1提升施工結構概況
Table 1 Structure conditions for hoisting construction
由于主桁架跨度大、重量重、高度高、厚度小，在拼
裝和提升過程中平面外剛度差，如何保證安裝精度和
控制主桁架平面外的穩(wěn)定，是拼裝和提升過程中最關
鍵的技術措施。
3施工關鍵技術
3．1深化設計
1)預起拱根據設計院提供的設計圖紙，并結合
桁架跨度、結構形式和荷載等因素確定桁架的預起拱
值。由于桁架預起拱值較大且上弦桿呈圓弧線布置，
所以采用工廠制作預變形來處理，從而達到實際安裝
后滿足結構設計的要求。
2)關鍵節(jié)點力學性能試驗和有限元分析對受力
較大的關鍵節(jié)點進行了1：1的力學性能試驗(見圖3)
和有限元模擬分析，并將試驗結果與有限元分析結果
進行比較，從而實現對節(jié)點的受力性能進行全面評估，
保證了節(jié)點強度和剛度滿足設計要求，并具有足夠的
安全儲備。
圖3桁架節(jié)點加載
Fig．3 Loading on truss joint
3．2樓板加同措施
主桁架的整體拼裝均在主桁架正投影下方的樓面
上進行，由于主桁架自重大，同時還要考慮安裝用操作
架和支護構架等安全防護措施的重量，因此需要對桁
架拼裝部位下方的樓板強度進行復核，采取必要的加
固措施。在桁架拼裝時，還需要把履帶式起重機及運
輸車開上樓面，履帶式起重機行走路線鋪設鋼板，考慮
履帶式起重機自重、工作狀態(tài)下極限輪壓等因素，也需
要對履帶式起重機及運輸車輛行走路線區(qū)域范圍下方
的樓板進行加固。加固采用扣件式腳手架，如圖4所
示，腳手架與混凝土樓板接觸面采用U形托加木方的
組合方式。經過對腳手架和樓板的計算分析，腳手架
的搭設尺寸采用立桿縱橫間距600mm，水平桿步高
600mm。
圖4加固腳手架立面示意
Fig．4 Facade of strengthening scaffold
3．3主桁架ZHJ3整體提升技術
為提高安裝效率，更好地保證安裝質量，首先將主
桁架分為小拼單元，然后將小拼單元吊運到場內樓面
進行整拼。
位于屋脊處的主桁架ZHJ3和ZHJ7均為兩榀，兩
榀之間的距離均為13．16m，跨度分別為132．0m和
69．3m，采用相似的提升施工方法。
主桁架ZHJ3高度約9m，厚度只有l(wèi)m，跨度達
132m，重量420t。如果對其單獨進行提升，提升過程中
萬方數據
110 施工技術第39卷
的側向穩(wěn)定性不宜控制?？紤]到兩榀ZHJ3之間的距
離為13．16m，相對比較近，當把兩榀主桁架ZHJ3之間
的次桁架連接后，主桁架ZHJ3平面外的穩(wěn)定可以靠次
桁架保證，因此采用先將兩榀ZHJ3組裝在一起，然后
整體提升的方法進行安裝。
1)拼裝過程中主桁架穩(wěn)定控制措施
主桁架ZHJ3提升結構的整體拼裝在8．95m高的
樓面上進行，由于ZHJ3高度9．0m，厚度僅1．0m，在對
其進行整拼時必須采取有效的穩(wěn)定控制措施，即在拼
裝過程中設置臨時側向支護措施，防止桁架在拼裝過
程中發(fā)生偏心傾覆。臨時側向支護措施采用纜風繩拉
接，如圖5a所示，兩端第1塊主桁架都定位安裝就位
后，隨即安裝兩塊主桁架之間的次桁架，使其自身形成
一穩(wěn)定結構，然后依次拼裝其它塊主桁架(見圖5b)。
圖5主桁架穩(wěn)定控制措施
Fig．5 Stable control measures for main trnss
2)提升錨點設計
經過對主桁架結構提升工況多次模擬計算，確定
與勁性混凝土結構連接的部分ZHJ3桿件，作為提升時
上錨點的支撐結構，即支撐牛腿，如圖6所示。根據計
算，支撐牛腿的構件在提升狀態(tài)下均滿足要求，最大應
力比為0．40，端部最大變形為6ram。支撐牛腿桿件采
用搭設胎架高空原位拼裝的方法施工。提升上錨點固
定于上弦水平主鋼管，通過轉換結構(提升工裝梁)，
將液壓千斤頂固定。提升下錨點固定于待提升桁架結
構下弦水平主鋼管上，通過轉換結構固定錨具。
圖6 ZHJ2整體提升示薏
Fig．6 Integral hoisting of ZHJ2
3)計算機同步控制技術
由于提升結構長度長、寬度寬，要求在主桁架提升
過程中，各吊點必須嚴格同步。因此在提升體系中，設
定主令提升吊點，其它提升吊點均以主令吊點的位置
作為參考調整。由1臺主控計算機控制所有提升油缸
的統一動作及各個提升吊點的位置同步，確保各吊點
受力均衡。主令提升吊點決定整個提升系統的提升速
度，本次提升系統的設計最大提升速度為4m／h。為了
確保提升系統的安全，在每個提升吊點都布置了油壓
傳感器，主控計算機可以通過油壓傳感器實時監(jiān)測每
個提升吊點的荷載變化情況，如有異常變化，計算機將
會自動停機，并報警提示。
4)整體提升及就位合龍
兩榀ZHJ3聯立結構重量為960t，采用4個提升點
對其進行整體提升，每個提升點選擇2個200t千斤頂，
提升能力l 600t，提升安全儲備系數為1．67。在正式
提升前先對結構進行試提升，試提升高度200mm，使提
升結構脫離拼裝胎架，懸停12h對整個提升系統進行
全面檢驗，確保各項控制參數符合要求后，方可正式提
升。正式提升時最大提升速度控制在4m／h以內，提
升就位后進行合龍，合龍時先焊接下弦桿，然后焊接斜
腹桿及水平腹桿，最后焊接上弦桿。
3．4主桁架ZHJ2整體提升技術
主桁架ZHJ2和ZHJ6跨度分別為132．0m和
69．3m，結構形式相似，因此采用相似的提升施工方法。
主桁架ZHJ2跨度達132m，最大高度達23m，厚度只有
1In，重量達800t，為超大跨度、超高高度而厚度很小的
巨型桁架。桁架上下弦桿均由兩根圓鋼管與1塊厚鋼
板焊接組成，鋼管規(guī)格為4,650×20或4,650×35，連接
鋼板厚20—40ram，材質為Q345C。在對其進行整體拼
裝和提升的過程中，必須重點解決由于桁架跨度大、高
度高、重量重、厚度小而導致的桁架平面外剛度差問
題。
主桁架ZHJ2需提升部分重量約750t，為了防止在
整體拼裝和提升過程中桁架發(fā)生偏心傾覆，在拼裝過
程中設置了足夠的側向支護措施，在提升過程中設置
了足夠的側向導向措施，以保證桁架整體拼裝和提升
過程中平面外的穩(wěn)定性。
支護構架和導向構架均采用截面尺寸1．2m×
1．2m標準節(jié)支撐架，標準節(jié)支撐架底部與混凝土梁通
過預埋件連接。支護構架和導向構架的布置如圖7所
示，支護構架高度21m，共設置5組，每組2個對稱布
置在桁架兩側；導向構架高度42m，共設置4組，每組2
個對稱布置在桁架兩側，在拼裝過程中同時作為支護
構架。在主桁架提升就位后，支護構架頂部與主桁架
下弦主鋼管加固連接，確保主桁架合龍過程中和后續(xù)
屋面桁架安裝過程中主桁架的側向穩(wěn)定。
主桁架ZHJ2的提升錨點設計、提升同步控制措
施、整體提升和就位合龍等與ZHJ3的提升施工相似。
3．5屋面桁架提升施工技術
ZHJl與ZHJ2之間的屋面桁架(屋面1)和ZHJ2
萬方數據
2010 No．8 周觀根等：廈門西站屋面鋼結構施工關鍵技術
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a整體立面b支護構架立面
圖7 導向構架和支護構架布置
Fig．7 Guiding and supporting ftame
與ZHJ3之間的屋面桁架(屋面2)采用場外小拼、場內
原位中拼、分塊提升的方法安裝。由于對屋面桁架進
行提升時提升吊點設在兩側的主桁架上，為了使安裝
過程對ZHJ2的影響最小，分別模擬計算了先提升安裝
屋面1和先提升安裝屋面2兩種施工工況，兩種施工
工況計算時ZHJ2兩側均設置了導向裝置。計算結果
顯示，兩種施工工況下，主桁架ZHJ2的位移和應力相
差不大，前者略大于后者?？紤]到現場的具體布置情
況，采取先安裝屋面2，后安裝屋面l的施工順序。
屋面2為弧形屋面，跨度44m，低端高32．6m，高端
高42．9—48．2m，總重量約460t?？紤]安裝進度、運
輸、吊裝能力等因素，場外小拼單元長度約為lo一
15m，重約5t，拼裝完畢后運輸到場內中拼位置。
中拼單元即分塊提升單元，屋面2共分為7個提
升單元，每個單元重約66t，提升施工順序為由中間向
兩邊進行，如圖8所示。由于桁架兩端最大高差達到
16m，為避免拼裝時桁架兩端高低差過大，減少拼裝胎
架工作量，采用調整桁架角度、將桁架放平的方法進行
拼裝。在深化設計時按照放平后的桁架繪制安裝圖，
拼裝時嚴格按照安裝圖的位置放置。
圖8屋面2提升單元劃分
Fig．8 Hoisting unit for roof 2
每個提升單元采用4個提升點進行提升，每個提
升點的提升重量約17t，選用40t的千斤頂，提升吊點
分別設置在ZHJ2和ZHJ3上。由于ZHJ3已成為兩榀
聯立結構，穩(wěn)定性比較好，而ZHJ2為單榀桁架結構，側
向穩(wěn)定性比較差，為保證提升安裝過程中的穩(wěn)定性，在
ZHJ2兩側設置了導向裝置(即保留ZHJ2提升時設置
的導向裝置)。經過施工模擬計算，提升安裝過程中
ZHJ2，ZHJ3和提升單元的內力和變形均滿足要求。
每一提升單元的提升分3步進行：首先對提升單
元進行試提升，緩慢平穩(wěn)起吊，使提升單元離開拼裝胎
架1m，靜置2h，對提升系統進行檢驗，確保各項控制參
數符合要求。然后開始調整提升單元的角度，緩緩提
升ZHJ3一側的千斤頂，使桁架高端到達預定高度，提
升單元到達就位角度。最后保持四點同步對提升單元
進行提升，提升就位后進行焊接合龍。兩個相鄰提升
單元安裝完畢后，吊裝兩者之間的連系桿件。
屋面2提升安裝完成后開始安裝屋面1，屋面1
的提升施工方法與屋面2相同，此時由于ZHJ2的側
向穩(wěn)定性可由屋面2保證，因此不需要設置側向導向
裝置。
3．6施工過程模擬分析
利用有限元分析軟件ANSYS和Midas對廈門西站
鋼結構工程主桁架和屋面桁架的提升過程及其余部分
鋼結構的吊裝過程進行了仿真模擬分析，主要計算分
析的內容有：主桁架提升過程兩側勁性混凝土結構的
內力、變形及穩(wěn)定性分析；提升支撐牛腿結構的內力、
變形及穩(wěn)定性分析；被提升主桁架結構的內力、變形及
側向穩(wěn)定性分析；導向構架的內力、變形及穩(wěn)定分析；
主桁架ZHJl，ZHJ2和ZHJ3作為屋面桁架的提升支撐
結構的內力、變形及側向穩(wěn)定分析；被提升屋面桁架結
構的內力、變形分析；吊裝結構的內力、變形分析等。
計算分析結果表明，在提升、吊裝過程中，結構體
系處于安全狀態(tài)，滿足要求。
3．7施工監(jiān)測
施工監(jiān)測的主要目的是為了實時跟蹤結構施工過
程中的變形和關鍵部位的應變、應力變化情況等。判
斷預期和實際發(fā)生的是否一致，以便及時調整，使結構
施工的準確性和安全性得到保證。
廈門西站鋼結構工程的主桁架為超大跨度、超高
巨型桁架結構，為了確保主桁架提升施工的安全性和
可靠性，通過在主桁架和提升牛腿上設置應變監(jiān)測點，
對主桁架在提升過程中的關鍵部位桿件進行應變、應
力監(jiān)測。主桁架上總共設置了20個應變監(jiān)測點，其中
提升桁架上14個，提升牛腿上6個，由計算機匯總監(jiān)
測數據，通過與理論分析結果進行比較，進而達到了對
提升過程實時監(jiān)測的目的。同時在主桁架上設置了9
個變形觀測點，變形觀測點處貼上反光片，通過全站儀
對觀測點在主桁架不同施工階段的坐標值進行觀測、
測量，通過觀測點的坐標值可以計算出該點的變形量
和撓度值。通過與理論分析結果進行比較，進而達到
監(jiān)測結構變形的目的。
施工監(jiān)測的結果顯示，監(jiān)測的數據與理論分析結
果比較接近，主桁架結構在提升施工過程中沒有異常
情況發(fā)生，確保了主桁架提升工作安全順利進行。
(下轉第125頁)
萬方數據
2010 No．8 葉翔等：昆山南站鋼結構工程施工技術125
表1焊接參數
Table 1 Welding parameters
采用多層、多道焊接方法，節(jié)點下口由3名焊工對
稱焊接1，2，3，節(jié)點上口由4名焊工先對稱焊接1，2，
再焊接3，4，焊接電流、電壓、速度保持一致，一旦開始
焊接整條焊縫必須連續(xù)焊完，中途不得停頓。如圖10
所示。
圖10焊接順序
Fig．10 Welding sequence
4)預熱及后熱
異種鋼焊接時，預熱溫度應以預熱溫度高的鋼材
一側為最低預熱溫度，本工程焊接前預熱溫度：①材質
組合Q345B+GS一20Mn5V，板厚規(guī)格(24+40)mm，預
熱溫度100～120。C；②材質組合Q345GJ—C+GS一
20Mn5V，板厚規(guī)格(40+50mm)，預熱溫度100—
120℃。
8 結語
近年來高鐵建設如火如茶，各類線下式站房層出
不窮，昆山南站鋼結構工程在緊張的工期及結構復雜、
交叉施工、不利氣候三大因素的影響之下，其施工難度
堪為高鐵站房施工的典型。針對此類工程，前期的技
術準備工作顯得尤為重要，必須深刻剖析交叉施工對
工程進展可能帶來的負面影響，采取針對性技術措施
予以規(guī)避；對結構的理解要透徹，與設計方要做好緊密
溝通，把技術難點消化在工程前期；工廠與現場要密切
聯系，把現場安裝的要求反映在深化設計及制作工序
上。經周密準備，精心施工，本工程以最小的投入，歷
經105d完成了全部鋼結構安裝工作，工程質量良好。
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(上接第lll頁)
4結語
廈門西站鋼結構工程結構形式復雜，施工難度大，
技術要求高，本文對廈門西站鋼結構工程施工中的關
鍵技術進行了研究和探討，并重點研究了大跨度主桁
架整體提升和屋面桁架分塊提升施工時所采用的一些
技術措施，對類似工程的施工具有參考作用。
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