杭州东站钢结构屋面采用管桁架结构, 总重为2.1万t。屋盖支撑柱采用单轴倾斜69°钢管柱, 其东西两侧门柱为4根双轴外倾45°异形格构柱, 屋盖结构形式如图1所示。屋盖和斜柱施工过程中均需采用支撑体系保证结构稳定。其中东西两侧门柱支撑已经进入非站房范围的广场地下室施工范围, 支撑体系设置需避免影响广场结构施工。

站房结构先于广场地下室结构施工, 东西立面4根格构门柱需事先安装, 经分析采用垂直临时支撑的形式, 支点位于格构柱的主要受力节点位置, 临时支撑材料选择截面≥700×25的钢管。临时支撑布点位置如图2所示。

由于临时支撑设置时间较长, 为保证广场土方和后续结构施工, 临时支撑设计成钢格构柱上接钢管柱形式, 钢格构柱下设直径1m的钻孔灌注桩, 钢构柱采用4└140×10, 560×400×15@800钢缀板焊接而成, 材料为A3, 平面尺寸为600mm×600mm, 长度为15m, 钢格构柱顶标高为-5.250m, 钢构柱与钻孔灌注桩搭接3m。钻孔灌注桩直径1 000mm, 桩长30m。以 (12) _-4层圆砾层为持力层。支撑形式如图3所示。

每根格构柱由4根└140×10组成, 采用缀板连接, 缀板间距800mm。└140×10参数:A=27.37cm², i=4.34cm, I=514.65cm⁴, z₀=3.82cm。格构柱如图4所示。

格构柱各计算参数为:

计算得到:I_x1=75 551.4cm⁴

格构柱的长细比计算公式:

式中:L_0x为格构柱的总高度, 取12m;A₀为格构柱截面面积, 取109.48cm²。

计算得到λ_x=λ_y=45.6, 查表的Ø=0.870。

格构柱在弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式为:

式中:N_max为轴心压力计算值, 取N_max=1 000k N;计算得强度值为91.34MPa, 不大于设计强度215MPa, 满足要求。

轴钢柱临时支撑安装完成后, 当轴跨屋面结构提升时, 对临时支撑受力最为不利, 因此, 选择提升过程最不利的情况对整个支撑系统进行复核验算。

每个提升区域分别单独提升, 每个提升区域提升时, 各吊点的荷载已有计算, 只需将吊点荷载加到主体结构上, 即可对主体结构进行受力验算, 计算采用SAP2000有限元程序, 整体考虑。

经分析轴跨钢结构主要有3部分需要做提升施工, 如图5所示。

根据建模计算, 提升施工全过程临时支撑应力比均小于1, 满足要求;中部屋盖未施工时, 支撑最大受力为315k N (见图6a) ;中部屋盖全部提升施工完成后, 支撑最大荷载为515k N (见图6b) ;屋盖全部施工完成后, 支撑受力最大均为485k N左右 (见图6c) 。

根据支撑受力计算情况, 工程对全部支撑设置了应力监测设备, 监控支撑内应力变化情况, 监测设备每20min自动记录监测结果, 最后计算平均值。以前文计算书中的支撑为例, 支撑应力变化情况如表1和图7所示。

由以上数据可知, 实测支撑受力情况在中部屋盖提升施工前, 支撑最大荷载变化在柱顶桁架吊装阶段中, 基本在310~560k N间徘徊, 总体而言, 仍大于315k N的计算值。中部屋盖提升施工阶段, 11月30日提升, 当天提升到位, 其荷载自该天开始上升, 由550k N左右上升至650k N。两侧屋盖中一侧提升自12月5日开始, 同样当天提升完成后, 支撑荷载从960k N逐天上升至最大值1 060k N。以上两侧提升工况均大于计算值, 并且超标较大。因支撑设计时, 有2.5倍以上的安全系数, 因此支撑仍保持稳定。

根据杭州东站屋盖实际现场检测情况, 本文未表述的部分支撑实际受力远小于计算值, 相对应的是其余部分支撑受力大大增加。支撑受力可能受到支撑安装、气温、基础形式、结构形式、变形等影响, 受力方式存在重新分配的形式。因此, 在设置该类结构支撑时, 必须预留充分的安全冗余度, 并设置必要的监测手段, 以期及时发现超出预期的支撑受力变化情况, 以调整或加强支撑设置方案, 确保施工安全。