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公司动态

解密结构 – 英国滑铁卢国际列车站 TRAIN-SHED 钢结构工厂预拼装

2021-08-02 15:43:17 佛山市昊顺商贸有限公司 阅读

钢结构工厂预拼装

由于每个桁架是在空间上是立体的,因此设计时对构件的运输也进行了仔细考虑。当时的建议是将每个三铰拱短边一侧的拱桁架作为一个整体进行制造和运输,但是必须长边一侧的主拱桁架拆分为三个单元,然后使用HSFG螺栓接头现场组装。屋顶的几何形状要求严格控制制造公差,以确保拱桁架和屋面板之间的协调。在制造的每个阶段都使用电子测距设备对所有尺寸进行了全面检查。主要桁架在车间内组装,并确定整体尺寸,然后再派往油漆车间和现场。


在钢结构构件制作完成后,为了确保施工安装的顺利进行,对制作好的钢结构还进行了工厂的模拟预拼装。当时选择了轴线15和16之间的单元进行了预拼装。如下图所示。之所以选择轴线15和16之间的单元是因为它具有典型性,并可以代表整个结构的平均复杂度。下图为当年的工厂预拼装照片。


钢结构现场施工安装

待所有的准备工作就绪,预拼装也成功实施后,开始现场安装。现场安装从火车站北端(即三铰拱桁架跨度最大的一端开始)每个部分都从一个完整的钢制临时支撑托架开始,一次向南延伸一个托架。具体做法是:第一步先根据在工厂车间测量所得的每个桁架的实际尺寸,将三铰拱桁架的两个基座铸钢节点构件安装在轨道支撑结构上。然后将三铰拱长肢侧桁架分三部分运输到现场,并在现场地面进行水平安装成整体后再吊装至临时支架上以就位。然后将由工厂已经完成组装的三铰拱短肢侧小桁架吊装至相应的位置,将其低端就位至基座铸钢节点铸件上,并将其按设计铰接固定在铸钢支座。最后采用单独的移动式起重机将三铰拱桁架的长肢和短肢的内端分别吊起至设计就位点,使其叉形连接相互啮合的节点在就位点合拢,最后安装中心销。至此一榀三铰拱桁架安装完成。临时栈桥继续提供横向约束,同时继续吊装下一榀三铰拱桁架,依次类推,直至吊装完成。因此,整个施工安装过程完全依据事先工厂中预拼装所实施的方案进行,故钢结构的施工安装过程非常顺利且高效。


结论及启示

滑铁卢国际列车站的TRAINSHED钢结构顶棚是自19世纪以来英国大型火车站中建造的第一个同时具有金属压型钢板屋面和玻璃采光顶火车站顶棚结构。它的建成得益于结构设计工程师的创新体系设计 – 即基于结构实际的受力模型所设计的与结构受力特征相匹配的结构受力体系,从而在极大地实现了结构合理性和材料利用的高效性的同时也为建筑提供了具有特殊力学美感的结构空间。另外,其设计施工安装也得益于计算机辅助设计技术的应用以及焊接,铸造,尤其是可焊接铸钢节点的使用。滑铁卢国际火车站的TRAINSHED钢结构顶棚也从侧面向人们展示了在当时设计施工建设的年代,新技术是如何被迅速应用到建筑钢结结构的制作和安装中。可靠的铸钢技术在整个20世纪的大部分时间里都可以实现,但是直到1970年代才将其重新引入结构工程中。在滑铁卢国际火车站的TRAINSHED钢结构顶棚设计中得到应用并成功实施完工后,它几乎已成为应用于现代钢结构设计以处理复杂钢结构节点设计的标准技术手段之一,由此可见,任何先进技术的推广离不开设计先行,而先进技术的成功应用又反过来推动设计的创新以应对更复杂更具挑战性的项目要求。我想这正是滑铁卢国际火车站的TRAINSHED钢结构顶棚设计的成功给我们带来的一点启示吧。


而从结构设计的角度来说,滑铁卢火车站钢结构顶棚设计在结构体系设计创新方面的成功应用,直接催生了现代结构设计的一个有意思的流派 – Adaptive Structural Design。尽管非主流,而且很多相关的创新大多是基于具体项目的要求和特点而量身定制,不具有很强的推广普及性和可复制性,但从众多结构工程师,建筑师以及学者在这方面的结构探索中,我们不难看到结构概念创新的星星之火所发出的璀璨之光,这其中也许正孕育着下一个划时代的结构设计创新,谁知道呢?