柳州火车站室外高大超宽机翼型铝板吊顶单元反吊施工技术

赵天野

（中铁建设集团有限公司，北京 100000）

0 引言

随着社会的发展，建筑造型更加多元化、复杂化，当前在火车站、会展中心、大型报告厅、机场航站楼等公共建筑中常采用铝条板吊顶形式，此种形式吊顶常为简单的平面造型，采用常用的吊顶转换龙骨体系即可以满足造型要求。但对于造型新颖，连接方式复杂的设计构造，如本案例中的高大超宽机翼型铝板吊顶，这种吊顶体系在工程施工进度、安装可靠性和经济性、美观性等方面就存在较大的难度，本文根据柳州站站房扩建工程的施工实际情况，进行吊顶造型设计、龙骨及转换节点设计计算和施工方法的分析研究。

1 吊顶工程概况

柳州站位于广西壮族自治区柳州市南站路北侧，现有湘桂、黔桂、焦柳铁路线路在此交汇，为既有站房改扩建工程，扩建后，车站总建筑面积为 11.4 万 m2。其中站房东西两侧钢结构网架下方室外部分为机翼型铝板吊顶，东西两侧吊顶平面面积 5 900 m2，其中东侧吊顶施工完成，南北最长处长度 218 m，东西向最宽处宽度 35.8 m，吊顶净标高为 19.6 m，吊顶剖面尺寸638 mm×78 mm×3 mm。吊顶下方地面设计为石材地面，墙面玻璃幕墙，施工完成后现场情况如图 1 所示，剖面图如图 2 所示。

图1 机翼型吊顶平视图

图2 机翼型吊顶剖面图

此机翼型吊顶设计在屋面钢结构网架下方，铝板形式复杂，桁架龙骨高度高，重量大，连接安装困难，按照常规的转换龙骨体系进行安装，根本不能控制机翼型吊顶的平整度与可靠性，材料消耗大且加工难度高，施工进度与经济上也极不合理，因此必须从设计到施工对吊顶进行全系统的改进，对造型进行必要的深化改进，对桁架龙骨连接、转换节点进行设计计算，并对施工方法进行研究。

2 吊顶构造设计

整个吊顶体系计算分为机翼型铝板设计、吊顶龙骨体系设计、螺栓球转化节点设计，其中机翼型铝板造型设计为体系亮点、螺栓球转化节点为体系设计计算重要控制点。机翼型吊顶体系图如图 3 所示。

图3 机翼型吊顶体系图（单位：mm）

2.1 机翼型铝板设计

吊顶铝板总宽度 638 mm，厚度 78 mm，由 3 块铝板及 4 块扣盖拼装组成，吊顶中间位置使用 127 mm白色铝合金连接件与两侧 216 mm 白色梭型铝板栓接连接，梭形铝板圆弧角半径R=968 mm，整体形状类似于飞机机翼，富有现代化科技气息，具体构件尺寸如图 4 所示。

图4 机翼型吊顶构件图（单位：mm）

根据吊顶的尺寸形状对吊顶铝板的强度、刚度、抗剪强度计算，最终得到机翼型吊顶的结构形式可以满足受力要求。

2.2 吊顶龙骨体系设计

龙骨体系由竖向龙骨（120×60×4 钢管 Q235B，L=100 mm、表面喷漆处理）、水平横向和纵向龙骨（80×60×4 钢管 Q235B，表面喷漆处理）组成。

室外大型机翼板吊顶的主要承重结构为钢结构网架的受力单元螺栓球，在前期钢结构设计阶段，就考虑了后期吊顶荷载作用，预先在螺栓球上预留了与吊顶钢架连接用的螺栓孔，便于后期吊顶施工，吊顶钢架结合钢结构网架 3 m×2.5～3.5 m 的间距进行布置，结构的选型和布置综合考虑了受力特点（包括风荷载和地震的水平荷载，风荷载和自重的竖向荷载），通过有限元软件分别进行了强度、刚度验算，得到钢架的强度、刚度满足规范要求。并通过支反力计算，得到最大组合竖向力为 20.89 kN，计算结果如图 5 所示。

图5 钢架支反力计算结果

最大恒载竖向力：3.19 kN。

最大风荷载竖向力：12.64 kN。

最大组合竖向力：3.19+12.64×1.4=20.89 kN。

2.3 螺栓球转换节点设计计算

螺栓球与吊顶龙骨的连接位置，根据安全可靠和经济节材的原则，采用了栓接与焊接相结合的方式进行施工，转换支架包含两部分，一是 C 10# 槽钢 Q235B 搭配单个 M20 高强螺栓组；二是一块中间开洞的 6 mm 厚材质为 Q235B 钢板转接件，两者满焊连接，节点图如图 6 所示。根据有限元软件受力计算，最大组合竖向力为 20.89 kN，单个螺栓拉拔力和剪力，焊缝正应力均满足要求，焊缝参数如图 7 所示，螺栓参数如表 1 所示。

图6 螺栓球节点图

图7 焊缝截面参数图

表1 不锈钢螺栓表（A2-70 S/S Bolt）

单个 M20 螺栓承受拉拔力：20.89 kN≤78.33 kN。

焊缝正应力：σ=20 890/2 184=9.57 MPa≤160 MPa。

螺栓强度、焊缝强度满足规范要求。

3 吊顶安装施工

施工步骤：施工段划分→测量放线→螺栓球转换节点施工→机翼板的拼装和转接件的安装→底座的安装和机翼板就位→龙骨系统的拼装并与机翼板连接→反吊施工→单元与网架节点进行连接。

3.1 施工段的划分

根据单块机翼板重量、起吊设备参数和龙骨温度收缩，将 6 块机翼板作为一个拼装单元，将站房室外檐口机翼板吊顶分为 40 个单元和若干个散拼块。施工顺序：先施工东侧，再施工南北两侧；每侧由内向屋面外檐口方向施工，两侧对称施工，施工段划分如图 9 所示。

图9 施工段的划分

3.2 测量放线

根据基准点坐标，测量定出以屋面网架球点坐标为基准点的控制线，并绘成测量控制网。在每个螺栓球上标出与吊顶安装标高控制线的距离，形成了立体施工控制网，所有测量布点均采用全站仪布设，仪器立于地面，测量人员在屋面钢结构上定点。所形成的施工控制网用于下料、龙骨体系定位安装及复核、机翼吊顶的安装及复核。该测量过程应作为工程施工控制的关键。

3.3 螺栓球转换节点施工

螺栓球与钢架连接位置，采用了栓接与焊接相结合的方式进行施工，转换件包含两部分，一是 C10# 槽钢 Q235B 搭配 M20 高强螺栓组、二是一块中间开洞的6 mm 厚钢板转接件，两者焊接连接。

转换件在地面进行构件制作与焊接，打磨除锈刷漆后再在高空进行栓接，螺栓必须使用专用力矩扳手拧紧，专人进行复核，避免漏拧、未拧紧，现场施工完成照片如图 10 所示。

图10 螺栓球节点图

3.4 机翼板的拼装和转接件的安装

单个机翼板尺寸长 7 m，宽 0.638 m，重 98 kg，由 3部分组成，需在现场进行拼装、打磨、安装压条板，局部斜边倒角位置需要进行切割。每个机翼板上方安装三对转接件，每对转接件由两个 6 mm 厚角钢 Q235B 组成，使用 2 颗 M8×35 不锈钢螺栓组固定，转接件后续与龙骨进行连接，转换体系节点如图 11、图 12 所示。

图11 机翼板转接体系节点

图12 机翼板转接件

3.5 底座的安装和机翼板就位

使用方管角钢焊接成的机翼板放置底座，不属于吊顶自身结构，但可多次重复使用，因其控制机翼板的放置角度，所以需严格控制其拼装尺寸，现场拼装如图 13 所示。

图13 机翼板放置于底座

3.6 龙骨系统的拼装并与机翼板连接

龙骨体系的拼装精度直接影响吊顶成型的效果，必须精确控制其尺寸、高度、平整度，避免出现累计误差，影响整体外观质量。每个龙骨体系选取 4 个测量点（水平纵横龙骨连接处）进行标高控制。焊接过程在地面完成，严格控制焊接质量。

龙骨体系和机翼板通过已安装好的转接件进行焊接连接。焊接过程对称施焊，先点焊，待测量定位无误组件调整符合要求后再进行满焊、除锈、刷漆施工，无机富锌漆涂刷 2 道。

3.7 反吊施工

单个拼装单元的自重约为 750 kg，为保证吊装的安全平稳，现场采用两台 3 000 kg 的 DM1 CD1 型卷扬机进行吊装作业，每台卷扬机采用 8 颗化学锚栓与地面固定，防止吊装过程中发生滑动和倾覆。吊装前采用两个定滑轮分别布置于网架下弦杆的东西两侧，通过钢丝绳控制机翼板拼装单元的起降和东西向位移。

同时在拼装单元的四角布置 4 个吊点，吊点位置通过绑带和φ10 钢丝绳进行加强处理，单个吊点起吊重量约 190 kg，每侧均布置一个手动葫芦，便于与网架体系进行对接时的方位调整［1-3］。

地面由两组各三人通过与单元绑扎的麻绳，进行南北两侧的方向控制。这样形成了能控制空间 6 个方位位移的操作体系（见图 14）。

图14 吊装现场

3.8 单元与网架节点进行连接

拼装单元反吊至指定位置后，需要与螺栓球转换节点进行连接。因网架螺栓球不在同一标高，现场拼装单元和螺栓球有两种连接方式，一种是通过 M12×100不锈钢螺栓组进行栓接，另一种是通过 60×60×4 钢管Q235B 作为转换层进行焊接，连接方式图纸如图 15 所示。对接过程需使用全站仪全程监测标高和定位，这是整个施工过程重要一步，对接质量直接决定了机翼板吊顶的成型效果。

图15 两种连接方式（单位：mm）

4 结语

通过对吊顶施工方案的选择与技术改进，同时对螺栓球节点进行合理设计，并经过精心的施工，将柳州站站房扩建工程的室外高大超宽机翼板吊顶完美地展现了出来，外观效果极佳，内在质量上乘。吊顶转换节点的顺利实施，比常规的施工方案节约了大量的工期及成本，且安全适用美观，科技感强，极大地提高了施工效率，施工质量也得到了大幅提高，受到了监理和业主好评一致，取得了良好的社会效益和经济效益。

随着国家经济的快速提高，尤其国家“一带一路”战略的实施，势必带动建筑业产生更加广阔的发展前景。柳州站通过室外高大超宽机翼型铝板吊顶单元反吊施工技术的实际实施，对特制转换件与主体钢结构网架螺栓球栓接、机翼型铝板吊顶单元反吊施工积累了宝贵的施工经验。Q