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近日，由天津大學(xué)教授，天津市鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)陳志華主持參與完成的“大跨度雙螺旋單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”成果（以于家堡高鐵站屋蓋鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目為依托）榮獲2017年度中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目成果的主要完成單位有天津大學(xué)、中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司、津?yàn)I城際鐵路有限責(zé)任公司、中鐵建工集團(tuán)有限公司、江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司和奧雅納工程咨詢（上海）有限公司北京分公司。

于家堡高鐵站是全球首例單層大跨度網(wǎng)殼穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程，2015年9月20日正式通車。于家堡站的建成，標(biāo)志著北京-天津-濱海新區(qū)快速通道的打通，從北京南站、天津站到達(dá)于家堡的時(shí)間分別縮短至59分鐘、22分鐘。

于家堡高鐵站是全球首例單層大跨度網(wǎng)殼穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程，地面站房采用“貝殼”建筑設(shè)計(jì)方案，其靈感來源于鸚鵡螺和向日葵的螺旋線，從圓形雙向螺旋網(wǎng)格拉伸出初始平面形態(tài)，通過數(shù)值“懸掛”形成初始形體，再反轉(zhuǎn)得到貝殼形殼體，形成通透、開敞、明亮、新穎的建筑空間，達(dá)到了結(jié)構(gòu)與建筑的完美統(tǒng)一，已成為濱海新區(qū)的地標(biāo)建筑。

于家堡網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新主要包括復(fù)雜優(yōu)美的網(wǎng)格形式和罕見的大跨度。網(wǎng)殼由36根順時(shí)針方向和36根逆時(shí)針方向的螺旋形箱梁桿件相互編織，在頂部交織成36個(gè)點(diǎn)與頂部鋼環(huán)梁連接。在底部也交織成36個(gè)鋼節(jié)點(diǎn)與底部鋼環(huán)梁連接，這樣一個(gè)頂環(huán)梁+編織網(wǎng)+底環(huán)梁的單層編織網(wǎng)通過支座與地下結(jié)構(gòu)頂板連接；形成縱向跨度143米、橫向跨度80米、矢高24米的貝殼形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

不看不知道，一看嚇一跳！

于家堡高鐵站竟有這么牛！

站在天津?yàn)I海新區(qū)的于家堡站站房望去，周圍是高樓林立的商務(wù)區(qū)，中間是全地下高鐵站房上設(shè)計(jì)下沉式休閑公園綠化，只有穹頂位于地面以上，猶如海河畔鑲嵌了一枚銀色的貝殼，整體美景渾然天成。

于家堡站房是目前世界最大最深的全地下高鐵站房，也是全球首例單層大跨度網(wǎng)殼穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程。

除了露出地表的穹頂之外，90%的施工任務(wù)都在地下進(jìn)行，相當(dāng)于把北京南站的主體施工工作下沉至全地下進(jìn)行。中鐵建工集團(tuán)于家堡項(xiàng)目總工程師李根喜說，在工程實(shí)施中，項(xiàng)目部克服了基坑深、地質(zhì)差、地下水多和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、難題多、含量高等難題。

65米超深地下連續(xù)墻創(chuàng)高鐵站房之最！

65米深地下連續(xù)墻被李根喜認(rèn)為是項(xiàng)目部最杰出的作品之一，“在地連墻施工速度和成槽質(zhì)量方面都處于行業(yè)領(lǐng)先地位。”

因?yàn)槭侨叵率杰囌荆遗R近海河，鹽堿地質(zhì)給于家堡站的地下連續(xù)墻建設(shè)提出了高要求——深度要達(dá)到地下60米、最深處達(dá)65米，相當(dāng)于天津地區(qū)一般高層建筑物樁基的3倍，約等于300米高樓所需樁基深度，且地質(zhì)條件復(fù)雜，地下連續(xù)墻是“T”“Z”“L”“一”等異形結(jié)構(gòu)，基坑開挖難度大，極易產(chǎn)生流砂、涌砂，這給地下連續(xù)墻施工及基坑開挖安全施工帶來極大難度。

“為了防止地下水進(jìn)入站房?jī)?nèi)，我們圍繞整座站房建造了一道厚1米、長(zhǎng)1435米的‘城墻’，它能夠有效阻止流沙和透水對(duì)建筑造成的傷害。” 李根喜說，這是一項(xiàng)宏大的工程，它的長(zhǎng)度和厚度相當(dāng)于西安古城墻的1/10。

在鹽堿地中建一個(gè)地下連續(xù)墻已很不容易，尤其還要建設(shè)一個(gè)擁有“T”“Z”“L”“一”等異形結(jié)構(gòu)的地連墻，難度可想而知。

李根喜介紹，項(xiàng)目組為此專門成立了課題組，開展試驗(yàn)，取得土質(zhì)、地下水位、泥漿比重等關(guān)鍵數(shù)據(jù)后訂制施工方案，并邀請(qǐng)清華大學(xué)、天津大學(xué)等高校專家對(duì)施工方案進(jìn)行了23次論證。“我們對(duì)個(gè)別淤泥層超厚的位置引進(jìn)SM特性泥漿以提高水的黏滯度，這一方案使槽壁表面形成一層堅(jiān)韌的膠膜，有效地防止了槽壁坍塌。”

誤差千分之一 施工創(chuàng)精細(xì)控制之最！

于家堡站選在一塊三面環(huán)水的鹽堿地，透水、流砂是最大天敵。要將設(shè)計(jì)圖紙變成現(xiàn)實(shí)，最重要的是要有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的站房基礎(chǔ)。

“首先，起防護(hù)作用的鋼筋籠下放必須精準(zhǔn)。”李根喜說，為了將鋼筋籠下放誤差控制在千分之一以內(nèi)，項(xiàng)目部前后為地連墻施工組織了大小13次專家論證會(huì)和計(jì)算機(jī)BIM模擬施工，最終通過采用高精度導(dǎo)墻和三抓成槽施工工藝控制垂直度，完成了此項(xiàng)難度極大的基坑支護(hù)工作。

鋼管柱是于家堡站房堅(jiān)實(shí)立足點(diǎn)的首選，由于地下工程的特殊性，在沒開挖基坑前，鋼管柱位置就要被確定，每根鋼柱在下壓過程中的定位精度要達(dá)到1‰。

這是國(guó)內(nèi)任何一個(gè)站房工程都未曾遇到的情況。

李根喜告訴記者，最終項(xiàng)目組采用了國(guó)內(nèi)僅有的三臺(tái)AM擴(kuò)孔旋挖鉆機(jī)，首先使成孔質(zhì)量達(dá)到100%，同時(shí)減少了鋼筋、混凝土等材料的使用，降低了樁基土方開挖量，并由機(jī)械生產(chǎn)廠家配合施工進(jìn)展情況，對(duì)鉆機(jī)性能及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)天津地區(qū)的地質(zhì)情況。最終于家堡站房的100根HPE液壓鋼管樁、287幅地連墻全部合格。

4200噸重穹頂無支撐

大跨度單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)引領(lǐng)全球之最！

“貝殼”型大跨度穹頂南北向長(zhǎng)143.9米，東西寬度80.9米，最高點(diǎn)離地面25.8米，重達(dá)4200噸、相當(dāng)于半個(gè)埃菲爾鐵搭的重量，主要桿件采用36根正螺旋和36根反螺旋變截面曲線鋼箱梁相互交叉連接。

“盡管鋼結(jié)構(gòu)造型與鳥巢有點(diǎn)類似，但鳥巢內(nèi)部有混凝土承重，于家堡站中間卻沒有任何支撐物，全靠周邊36個(gè)基座施力。”李根喜說，這種施工工藝在國(guó)際上鮮有前例，此外1000多個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，2000多個(gè)不同的桿件，每連接一次就要變換一次方向。

這也是項(xiàng)目部面臨的最大難題，連接點(diǎn)太多，不能像普通的方方正正的建筑一樣程式化安裝。

為保證鋼結(jié)構(gòu)的精確性和穩(wěn)定性，項(xiàng)目部與天津大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合進(jìn)行全程研發(fā)監(jiān)控。

“經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)論證，最終我們提出‘地面拼裝、部分散裝、中心提升’的施工方案。”李根喜說，換句話說就是將鋼結(jié)構(gòu)穹頂在地面拼裝好后，再設(shè)置21個(gè)提升點(diǎn)，分區(qū)域、分步驟實(shí)現(xiàn)同步提升。

“地下室”內(nèi)仰望透明膜“天空”

于家堡站集城際鐵路、地鐵、有軌電車為一體的現(xiàn)代化、多層次立體交通樞紐，具備高速、高效周轉(zhuǎn)大量人流、物流的能力。

在這座地下車站內(nèi)，旅客可以仰望天空，也可通過透明的穹頂看到周圍的如畫景致。

這種視覺體驗(yàn)得益于站房采用了與水立方相同的ETFE膜材料，然而，與水立方規(guī)則的六邊形膜結(jié)構(gòu)不同，這是國(guó)內(nèi)第一次對(duì)ETFE膜進(jìn)行異形安裝，施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水立方。

站房整個(gè)穹頂?shù)哪び?060平方米，被正反螺旋梁分為783個(gè)大小不一的氣枕，其中最大的約42平方米，最小的僅0.5平方米。

李根喜說，考慮到膜的價(jià)格昂貴、購置時(shí)間長(zhǎng)，項(xiàng)目部進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)，在鋼結(jié)構(gòu)安裝的同時(shí)，由專人用2個(gè)月時(shí)間對(duì)每一個(gè)氣枕膜的尺寸進(jìn)行了高精度測(cè)量定位。在安裝時(shí)，施工人員分成5個(gè)小組進(jìn)行逐一安裝，每個(gè)組由3至5人組成，并安排專人負(fù)責(zé)安全檢查，全工作段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控拍照。

此外，為了不讓氣枕膜被尖銳物體劃傷，項(xiàng)目部在氣枕膜上安裝支架，防止鳥類停歇所造成的不必要傷害，并在頂部中央?yún)^(qū)域的18塊氣枕膜周邊安裝了440度電阻絲，有效解決了防火和氣體排放的問題。

來源：濱海視界網(wǎng)

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