一、工程概况
郴州西站位于郴州市北湖区增福街道,为铁路侧下式站房。其结构类型为混凝土框架+钢结构屋架,内外墙体为加气混凝土砌块填充墙。为了应对郴州西站客流量日益增长和候车厅面积过小之间的矛盾,需要拆除○E-○L交9○-1○3轴合围范围内公安、车站办公和生活用房以及出站通道,保留部分结构柱并进行加固,以扩大候车大厅面积,满足旅客候车需求;拆除既有主站房○E-○H交2○0-2○4轴合围范围内的售票厅、人工售票室、票据室等房屋,并进行局部的改造后作为进站大厅,满足旅客进站实名制验证、安全检查等需求。
二、设计原则
1.郴州西站站房屋面为平面管桁架,下部支撑结构为钢筋混凝土框架,结构受力体系可以按抗侧力体系(混凝土框架)和抗水平力体系(钢结构物面)分而设计,采用上部结构和下部结构整体式计算,静力分析和反应谱分析相结合。
2.高铁站房为高大空旷且人员密集的公共建筑,其安全性方面安全富裕度很重要;同时,改造施工过程中不能中断车站的正常运营;再综合工程建设工期和投资成本等方面需求,故结构设计要维持原结构受力体系不变,所有支撑屋面的框架柱必须全部保留,确保结构竖向受力不发生变化。
3.支撑屋面的框架柱间的框架梁进行拆除,则水平传力体系发生变化,需要对水平支撑进行加固。
4.屋面支撑柱相关梁体拆除后,支撑柱长细比增加,箍筋加密区增长,采用加大支撑柱截面积和包角钢设计。
三、建立结构计算模型
采用YJK(北京盈建科)结构计算软件建模,其中平面楼层采用传统方式建立标准层,屋面钢结构部分采用空间建模模块建模。各层模型轴测图如下:
四、荷载加载及计算结果分析
(一)楼面荷载及墙体荷载
楼面荷载及墙体荷载分别按楼板均布荷载和梁间线荷载进行加载。
(二)空间模型荷载
屋面荷载根据檩条的布置方向,对屋面梁施加线荷载;雪荷载、风荷载统一包括在活荷载内。墙面恒荷载,由于采用金属幕墙,幕墙通过墙檩条等构件传递至梁柱,因此金属屋面的自重荷载直接分摊到框架梁上面。墙面风荷载,由于存在楼板大开洞,风荷载由外围护的结构柱承担,因此风荷载的计算方式为精细计算方式,该方法可精确按照外围护的框架柱的受力面积将风荷载以线荷载的方式施加。
(三)计算结果分析
1.根据风荷载和地震作用下的弹性位移角及位移比计算结果,分析可知:除既有站房部分框架柱位移超限以外,其他均满足规范要求。
2. 根据相邻楼层的侧向刚度比值计算结果,分析可知:结构无软弱层。
3. 根据楼层抗侧力结构的层间受剪承载力与其相邻上一层受剪承载力比值计算结果,分析可知:层间受剪承载力满足规范要求。
4. 根据计算结果,复核结构刚重比、剪重比以及有效质量系数等指标均满足要求。
五、拆除加固施工
(一)施工的重点和难点
本工程为高铁站房内拆除,在临拆构件旁有旅客和车站工作人员通行,需注意防患安全事故发生。施工期间正值9、10月份,天气尚热,必须尽量缩短施工工期,并做好防尘降噪控制等工作,保证提供良好的旅客候车环境。
(二)施工方案
通过结构计算,确定并充分理解整体加固的原则及其加固的需要,必须确保加固工作完成且加固构件达到设计强度后,方可进行相关的拆除工作。严格按既定顺序,利用人工从上至下,分层拆除。每层再按各种管线、吊顶、门窗、填充墙、板、楼梯、梁、柱顺序依次进行或依照先非承重结构后承重结构原则进行拆除。整个拆除加固工程分为两个施工区域,北端为A区,南端为B区(详见图7)。为方便旅客候车,保证站房候车大厅功能性完整,确保站房内卫生间正常使用,先进行A区拆除改造施工,同时对B区屋面天井屋盖进行施工,预留B区既有卫生间供站内人员使用。待A区拆除改造完成后,卫生间投入使用后再进行B区的拆除加固施工。A区拆除改造主要集中在H~F轴交20~24轴人工售票间及卫生间部分填充墙,屋面桁架增加少量支撑。B区拆除区域为L~E轴交10~13轴,拆除面积约2900㎡,且需拆除11个框架柱及其相连的梁板,两层含水电管线、设备、装修、二次结构等均要拆除。B区加固区域为L~E轴交9~10轴,加固面积约1200㎡,且需加固既有的框架柱、框架梁、楼板及屋面桁架。
(三)拆除施工
1. 脚手架搭设
拆除楼板,搭设满堂脚手架支撑,立杆顶到板底;拆除梁,搭设双排脚手架支撑,顶层横杆托到梁底(支撑拆下的梁体结构);柱加固和梁加固的脚手架可结合进行,搭设双排脚手架。
2. 楼面板和填充墙破除
根据实际情况,采用切割机将楼板分块大小为1m×1m,每块375kg左右,混凝土
块与原结构完全分离后,砼板直接落在钢管架木跳板上,然后将砼板垂直运输到地面,再人工破碎后集中外运。填充墙按照自上而下作粉碎性拆除,对于边墙除了自上而下外,还应由外向内作粉碎性拆除。
3. 梁和柱的拆除
楼板拆除后联系梁属于次要部件,先固定两端,再使用用绳锯切断使其使其脱离主梁,自然下垂,再吊放至下层楼面作进一步处理;承重梁(主梁)拆除方法大体上同联系梁,但因承重梁通常较大、不可直接切割让其自由下落,必须在钢管脚手架支撑的条件下,方可切割两端。立柱拆除,采用钢管搭设三角支架配合小型起吊设备吊住立柱,再用绳锯分节分段切割,切割长度在1m左右,切割完毕,吊运地面,人工破碎。
(四)加固施工
1. 框架柱加固
a.柱基础截面加大。挖除柱子周围土方,露出基础承台;清理承台,承台新旧结合面凿毛;钻孔、清孔、植筋,涂抹界面剂、浇筑混凝土。
b.柱身截面加大。基础养护达到一定强度后,在框架柱四周搭设灯笼式施工脚手架;框架柱新旧结合面凿毛;定位框架柱主筋,钻孔、清孔、并植入箍筋;涂抹界面剂、浇筑混凝土。
c.框架柱粘钢加固。在柱四周搭设灯笼式施工脚手架;将柱子表面打磨光滑平整;钻孔、清空、植入螺栓;焊接柱子四周角钢及缀板,拧紧固定螺栓;用封边胶或是无机封堵料封堵缝隙并预埋注胶嘴;压力灌注粘钢胶水;在钢结构表面涂防腐漆及粘沙。
2. 框架梁加固施工
梁表面打磨光滑平整;钻孔、清空、植入螺栓;钢板均匀涂抹粘钢胶,粘贴;拧紧螺栓,使钢板与梁体粘贴密实;钢结构表面涂防腐漆及粘沙。
3. 屋面桁架加固
既有站房屋面结构为钢桁架结构,屋面恒载上弦为0.3KN/㎡,下弦为1.0KN/㎡,屋面活载为0.7KN/㎡。上弦主梁采用Φ351×18热轧无缝钢管,下弦主梁采用Φ325×12热轧无缝钢管。采用Φ203×8、Φ245×8两种型号的Q345B热轧无缝钢管,对既有站房屋面9-13轴,20-24轴范围内的桁架上下弦增加水平支撑。
结论:本工程在尽力保持原建筑结构受力不变的的情况下,以最简单的结构构件拆除加固方式,安全、高效的完成了既有站房的改造施工。同时,确保了旅客运输与现场施工有条不紊,既有设施搬迁与工程建设依序推进;杜绝了环保投诉和旅客舆情事件的发生;实现了矿博会、湘商大会、专运等重大活动期间的安全稳定。
摘要：高铁站房为高大空旷且人员密集的公共建筑,其改造施工的安全富裕度很重要。同时,需要综合考虑车站运营影响、施工工期及技术和经济可行性等多方面因素,在尽力维持原有结构受力不变的情况下,通过建立结构受力模型和计算分析,确定建筑物局部结构构件的拆除和加固,以满足增加站房候车空间的需求。
关键词：高铁站房,拆除和加固,结构受力模型,设计与施工
参考文献
[1] 《建筑拆除工程安全技术规范》JGJ147-2016
[2] 《房屋拆除施工现场防止扬尘污染管理规定》
[3] 《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013
[4] 《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550-2010
[5] 《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013
[6] 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
[7] 《钢结构设计规范》GB50017-2003
[8] 《工程结构加固材料安全性鉴定技术规程》GB50728-2011。