新廣州火車站鋼結構制作與施工技術江蘇****股份有限公司2009.101建設地點：廣州市番禺**建筑面積：總建筑面積約36萬平方米，大跨度鋼結構屋蓋投影面積為21萬平方米勘察設計單位：鐵道部第四勘察設計研究院，北京市建筑設計研究院結構形式：主體結構采用站橋共柱形式，地下層為現澆鋼筋混凝土結構；12.0m層以上采用大跨度預應力梁板混凝土與鋼桁架梁柱組合結構；21.0m層以上及屋面采用大跨度鋼結構體系鋼結構制作、施工單位：江蘇****股份有限公司用鋼量：7.9萬噸主體鋼結構施工日期：2008年12月～2009年10月

1工程概況23站房與雨棚鋼結構外形效果類似層層上揚的多片巨大的嶺南芭蕉葉。屋蓋鋼結構主要包括無站臺柱雨棚、主站房弧形鋼屋蓋、中央采光帶、入口大廳四個部分，其中無站臺柱雨棚采用鋼桁架支撐的預應力索拱結構，主站房屋蓋、中央采光帶、入口大廳懸挑結構為鋼桁架支撐的預應力索拱和索殼兩種結構的弧形組合鋼結構體系。鋼結構構件截面類型較多，有圓管、梭形管、長圓管及方管等，構件之間主要采用焊接、鑄鋼連接、銷軸連接、栓焊混合連接或鑄鋼與焊接混合的連接方式。

2結構特點45本工程建筑設計新穎，結構類型復雜，空間跨度、懸挑尺寸大（其中索拱、索殼跨度分別達到68m和58m，入口懸挑檐口南北向跨度更達100m、東西向跨度約40m），構件類型多樣，板材厚度大，強度等級高（Q390GJC），給結構的深化設計與鋼結構加工制作、施工安裝等工作帶來了相當的難度，主要特點如下：1）索拱和索殼結構安裝于頂層21.0m樓板上方，最大安裝標高達52m，施工投影面積192m×398m，屬超大型結構的施工范疇，需特別考慮施工吊裝工藝組織設計；2）拱與殼結構本身施工難度較大，本工程中索拱與索殼結構具有跨度大（單跨達到68m）、重量重（桁架單榀重達185噸）、外形尺寸大以及柔性預應力索結構分步張拉施工的特點；3）該工程材料強度高、超厚板構件較多，加上焊接量龐大、節點部位焊縫集中、焊縫質量要求高，導致結構在焊接過程中容易產生嚴重的角變形、扭曲變形、局部與整體變形，控制焊接變形與消除殘余應力、防止層狀撕裂等構件制作質量要求很高。4）本工程屋蓋鋼結構施工中同時進行橋梁及混凝土工程的施工，施工面積大，三項工程工序交錯，配合情況復雜，施組設計編制要求高。主體鋼屋蓋呈雙曲面，各點標高不一、空間定位點多樣。

3鋼結構制作6針對本工程結構在加工、制作方面的特點與難點，編制了詳細的制作、焊接工藝流程，采取了一系列有效的工藝措施，確保結構每一根構件、每一處節點的制作質量，進而保證整個工程的質量。關鍵的焊接制作工藝措施1）焊接變形控制

選擇與控制合理的焊接順序，對每條焊縫正反兩面分階段、反復施焊，或同一條焊縫分二個時間段施焊；設置胎模夾具，將異形厚板結構構件處于固定的狀態下進行裝配、定位，焊接；對厚板、超厚板的施焊工序注意進行預熱溫度的控制工作，采用補償加熱法工藝流程等；反變形措施，反變形量通過焊縫施焊過程中的熱輸入量計算及積累的工程工藝經驗綜合考慮后確定。

2）焊接裂紋控制焊材化學成分、焊接工藝參數、條件的控制，提高根部焊縫質量，提高焊縫清根要求；焊縫金屬冷卻速度控制，焊前預熱、適當增大焊接熱輸入、焊后的后熱和緩冷裂；焊后消氫處理以加速氫的擴散；

容易發生層間撕裂的厚板及T型焊接與連接嚴格施焊工藝的特殊預防措施。3）殘余應力控制與消除減小焊縫尺寸及焊接拘束度；采取合理的焊接順序；補償加熱法，加熱溫度視板厚及母材碳當量而定；對特大型結構構件采取分部、分解組裝焊接，結構各部分分別施工、焊接，矯正合格后總裝焊接。4）其他機械措施等

7由于節點設計的合理性對結構構件的成形難度與加工質量影響很大，在結擴初設階段即對結構體系的組成與連接進行了優化設計；考慮的因素主要有：1）構件分段易于切分與現場吊裝；2）節點傳力明確，剛度分配合理，符合設計意圖與計算假定，易于施工；3）焊縫強度等級要求合理，構造連接簡便化，盡量減少焊縫焊接拘束度等。本工程鋼結構構件類型包括圓管（桁架）、梭形管及方管、矩形管（桁架）、H形鋼（桁架）等，構件之間采用焊接、鑄鋼節點連接、銷軸鉸接、栓焊混合連接及鑄鋼與焊接混合連接的方式。大跨度屋蓋鋼結構主要采用空間相貫焊連接形式，索拱與索殼的索夾節點、變截面錐形柱分叉節點及部分柱頂節點等采用鑄鋼節點形式，少量柱頂節點采用板式剛接節點，索拱、索殼的拉索端頭、部分柱腳采用銷軸鉸結連接。由于構件與節點連接類型多、構造復雜，材料強度等級高、板材厚度大，結構的深化設計具有相當的難度。重要的節點連接類型：

81）索拱與索殼張弦結構索夾節點GS20Mn5V鑄鋼節點連接形式

2）圓形、箱形及長圓形變截面錐形柱分叉節點圓形變截面柱截面由φ2600×60過渡到φ2000×60、長圓形異面分叉柱截面由φ2000×50過渡到φ850×50、雙向正交變截面箱形分叉柱（鋼箱截面由BOX2000×50過渡到BOX900×50）等；截面徑厚比小，材料強度高。

93）柱頂板式加勁剛接節點

除采用梁柱接頭管件相貫焊的形式外，柱頂與縱向支承桁架連接部位多處采用了縱橫雙向加勁的板式剛接節點形式。

4）采光帶單層網殼箱梁交匯剛接節點

單層網殼箱形構件，截面主要為BOX600×250×16×20；各箱梁交匯節點處沿結構整體縱橫坐標插板連接預應力不銹鋼棒（D30、D50與D70），間隔23m布置空間索殼張弦結構。105）三向張弦梁及入口大廳懸挑結構連接節點中央采光帶索殼、主站房索拱、入口大廳懸挑部分等的多種結構類型構件匯交處，結構過渡類型復雜，采取了極具特色的空間三向張弦梁索拱結構與大挑檐索殼結構的過渡形式，

11對于本工程這樣的大型空間鋼結構項目，現場施工組織設計至關重要，制定合理的施工方案并進行準確的施工過程分析是結構安全施工與順利成形的根本保證。根據主體結構的施工吊裝工藝要求與現場施工條件，首先按場地分塊劃分圖設置臨時支撐，采用場內對稱、分塊（結構組成單元）與分步的結構施工方案與吊裝技術路線，分塊、逐次地進行結構支座及主構件的施工；在形成結構受力骨架主體單元后，再按要求進行分塊、局部區域的拼裝，直至結構整體吊裝完成；無站臺柱雨棚與主站房部分施工相對獨立。

屋蓋主體鋼結構整體施工流程：

4鋼結構施工過程121314151617181920預應窯力鋼慰結構按施工無站雙臺柱雕雨棚趙屋蓋疤索拱悔及主臉站房贈索拱頓與索劇殼結咱構的桶高跨鳴比約儲為1/姓8～1/喜7，最眠大跨頃度89熊m，間嬸隔16列m布置娛（中氏央采然光帶銅單榀榴索殼融結構衛間隔23鞏m），泄為有飲效抵譽抗屋完蓋拱肢結構旬豎向裹荷載虹作用肚下產正生的踩極大慶水平否推力字、提針高拱及身結賭構的反剛度棒和穩宇定性廣，在悄拱架認下方槽布置毛了預羨應力注拉索旗，要里求索宣拱（網殼）質在屋凝面恒便載作匪用下斷的拱謝腳支剩座反堅力為稻零，邁從而據使屋門面結尸構支午承桁紗架與受承重詳結構雷柱的愿受力若狀況肆得以祥極大襖的改泳善。索拱稱、索齡殼連綿同結潤構縱蛙向連螺續布飲置的春梯形吉、倒徐三角福形與輸月牙巖形支慢承桁樹架及傾其承銷重柱軍一起累，構匪成了盟索拱別與索槐殼張熔弦組干合結償構的頃空間摸整體內受力熱體系弦。主站醒房屋勢蓋殼競體的輪網格棕為空凝間弧出線，飯構件西為扭言轉箱慨梁，瓣通過階相互圾旋轉掃形成挽殼體聞，矩茂形鋼模管的猜長軸丑一直追平行膚于殼井體表煤面的愁法向蟲方向辜，結堂構構戀件的螞加工忽難度置很大私。拉索屑預應繭力是炕基于籌結構蹈自重對、屋龜面恒花載作如用下蘭建立添起來歷的，毅成形坐后索媽（拱挽）殼煮的支削座水撇平反惡力要軍為零鄉豐，而男其幾代何形常狀、牙尺寸威也正泥好應扣與周還邊的街構件稼銜接吵在一因起，伙相應遣的施企工難犧度很短大。枝為此謝，需移要根告據構澡件的皆空間也幾何科形狀退、角蠢度、枝長度歪等要益求準梁確下俯料并統考慮涉荷載級對構青件幾羊何位踢形的浴影響蓬在索寫拱與黎索殼棄結構辜施工落的各奧個階寧段對擁其進沿行受仿力分宵析，壺否則章就無畏法實款現結役構設健計狀培態與濃要求嘉；預波應力棚鋼結聯構的名張拉址施工爹是本株工程獅鋼結陪構施搏工的姓重點攝所在球。21預應遣力鋼刑結構燃施工績質量喂控制紋措施截：1）嚴淡格控箭制制診索精花度；2）規氧定預綢應力灣施加暖過程桿的速母率，頑保證壤結構窗經歷阿一個夕平穩急自適煌應的四過程必；3）確揮定預池應力脫施工軋順序隙，確謎保結墳構盡頃可能另均勻所、對股稱、懂勻速雙地施恰工，斯避免忽出現哀過大薪的局思部集臣中荷晝載效犁應并遭使預乞應力毫分布逝到整擁個結舟構；4）對序鋼結糟構的劫變形第、應槳力和吐預應待力鋼瞇索的律受力肯狀況頭進行嘗實時執監測殖，保農證結詠構的鼻初始回狀態拴與原刑設計閱相符兔?，F場載預應拋力鋼愈結構賭施工慣：將屋恩蓋鋼極結構躲劃分史為8個安紡裝分本區，顆預應旺力張廳拉施帆工流包程如硬下：1）每狹榀索鏟拱桁辯架在夫地面綠拼裝臨完成萍后進嗚行初形張拉粘，張避拉力貧根據鋒計算匹確定晚，應親保證罷結構雞起吊賀剛度菊及索物拱支景座間境相對魯距離殼要求輛；2）將按桁架攪吊裝徹至鋼綿柱定獄位后貌，B、D-菠1和D-到2區拉哈索張墻拉時華結構煙互相扭不影石響，好可隨觸著安象裝逐祥步進盤行拉擾索張倡拉到浸位；3）對啦于A-恒1、A-掀2、C-著1、C-恥2和E區，唱由于級沿拉扯索軸爪線跨罷度方躲向受扶力與猶變形笨互相芒影響籠很大脈，需老要在國一個砌分區坦全部渾完成膝后，野最終鋸張拉貌到設優計索貝力；4）全毅部屋悄面安磚裝完魯成后習，對閥結構粱變形陪進行約檢測擠，對急個別風誤差覆較大質的索類桁架善進行淡張拉寫微調陡。222324255鋼結勵構施哭工全籮過程迅數值牛分析265鋼結少構施梅工過租程數增值分涂析有限伯元數爺值模六擬方膀法施工狹全過呢程數峰值分溝析法的是在怒結構阻整體肉建模姨的基障礎上么，采唇用單保元生尚死和敬多荷蚊載步嗚連續揚分析影技術陡來模臘擬結虹構整啟個施晚工過逆程的脆計算無方法澤。本愧工程冷屋蓋存鋼結報構施獸工吊尋裝全慚過程銹數值揮分析旁采用浙有限淚元軟陣件MI烈DA亡S敏GE粒N退V7矮.1慎.2進行雙。結脹構整晴體計壩算模循型中抵（包右括支荷撐體村系）貼，支養撐弦扯桿與皺地面冰鉸接俘，支亂撐與究主體稠結構桿的施賊工連假接處捕通過能剛性烏連接誕耦合孝其豎薯向位湊移約驗束。晚由于娘分析詞過程饒中考缺慮了濃荷載溪工況喊的施喊加順韻序與詢成形界過程阻中結弱構受服力與敬變形枝的累呼積效監應，殊各施郵工步亭對應鋼于現竄場實辨施的縱安裝種過程唱，所淹進行最的有啊限元些計算畫實際滔上是美對施毯工各蒼階段爽主結藝構與疲支撐監體系相之間科相互贏作用鵝與影臣響的話非線意性過沉程的免考察叫，比勤通常偵單獨邁、孤駐立的軍結構守施工標分階活段數尿值分反析更農能真為實模土擬實究際結世構的夾施工炊情形嶼，得壺到的院各階槳段結析構應蝴力、爆變形雁及支專撐反保力等屯數據編結果腥能更柴有效隸地指啞導實崖際結混構的衡施工媽。27結構佩施工渾過程矛數值壁分析根據紡鋼結灶構施著工方能案，粱分別置對主勞站房踐、無鏟站臺疼柱雨勿棚進碎行施哄工全辮過程錄數值筑分析永，從蛛安裝封胎架眾支撐梁開始汽，直談至整皮體結創構分報步、鞏分塊塵依次隸吊裝螺施工飽完成榜，分鳳別采罩用19、16個施泄工步剝進行騙，每深一施港工步悲主結煤構與蛙支撐鏈系統蔥的受赴力與擇變形燃分析驢都基溝于上棵一施亭工步皺結構修分析鴨狀態閉之上墻。通噸過施貍工全弊過程匠數值固分析攻，細掠致地箭了解塵施工堵各階轎段結嚴構的江受力倦與變寧形狀剪況，旗對現濃場的錘施工罵過程屠進行露及時宮跟蹤撥與掌忽控，億取得禿了整債個施煤工過槽程中世結構端的內泊力與重變形陜、支抗撐系猾統反爽力等貫重要堆控制孕指標裕變化疾較為頸均勻毫、緩宿和并芒始終襪處于捧預控摟合理梯范圍稻的良敏好的盛技術竹經濟足效果儀。典型儲工況材結構緞施工值過程旺的數截值分愉析結蝕果282930313233343536373839圖11第2級均齊勻卸對載5m臟m后的跨構件百應力股比(最大0.氣18拒)與支辨撐反才力（kN）404142無站繳臺柱嘆雨棚貝屋蓋攻鋼結徒構施悟工全鋸過程奸有限廁元數棋值分淺析結賊果可板知，吳在整綢個施丈工過洗程中梢，隨船著各駐部分泉結構掌構件閱的順餓序安嶺裝，組結構寬反力爐逐步令增大糠，胎領架弦承桿最曬大豎雖向反朱力57程8k彼N（第16施工枝步）鳥，支橋座最示大豎凳向反聰力Fz=5區36突1k瘋N（Fx=5單7k女N,Fy=2幣68冠kN，第16施工屢步）般。整叛個施天工過綠程中刊，胎順架支平撐的醒最大攝應力18若0N譜/m疤m2廁(局部貫范圍)＜21畢0N噴/m推m2，發岔生于則支撐情頂部來豎桿冤部位(第16施工鳴步)；主顛構件著最大容應力11券7N環/m嶄m2＜31頃0N才/m攏m2，發佛生于陜索拱抬端部定水平勁桿（洲第11施工候步）拌；主叉結構帖拉索推最大蔑內力13衛48支kN＜Fu裝/K繁=6繪13黑2/才3=郊20騾44肆kN（第15施工冠步）招，均薪滿足券要求離。在無螺站臺婦柱雨啞棚施煤工過州程中惕，胎率架支惑撐水英平位貴移較挺?。▁向最辛大13煙mm，y向最進大26晨mm），漂主要神發生磚在格悔構柱把頂部扣位，伙滿足減設計則要求濟；但墳鑒于配該胎陪架頂匹部水寄平撐筍桿部嬌位計男算應幼力較孩大，陶且最槳大豎復向位鐵移也捕發生剝在此濕處，制在設夠計支父撐截約面時瓦予以幻玉適當剩加大參，保擇證其碌不成朋為控短制胎腫架受套力的映主要汪因素凈。由墨于施適工過架程分巖析考橫慮了摘結構溝變形磨的累座加效皆應，齒隨著附結構勾的逐填步吊們裝成娃形，沙構件晶變形大逐步寫加大英，主湯結構首構件想的最鴨大整限體位深移67判mm（發糕生于瓦結構G~I軸/3軸索廉拱處申），存符合妹要求餃。現場老施工津的主捧要檢宇測數陽據表雕明，神通過獄考慮悔支撐魔系統膜的剛烈度分默布與挖調整搬情形貫、分街步施錘工過陪程結磨構變幸形與擔應力閃累積另效應市的施弄工過顆程數貫值分挺析，馳能較繪為準伍確地羨模擬