繁忙主干道高架车站雨棚钢结构施工技术研究

李君祥

摘要：随着国内建筑市场的蓬勃发展，建筑领域中钢结构形式以其特殊的优越性能备受青睐，传统混凝土结构形式无法实现的外观造型因钢结构形式的出现得以扩充，越来越多的建筑结构采用钢混结合的形式呈现；受客观施工条件的影响，往往在下部结构施工完成后，钢结构专业施工受约束非常大，作业空间极其有限，如何克服相关问题成为钢混结构施工有效衔接的关键卡控点，也是各相关企业攻关研究的方向；笔者作为越南河内城市轨道建设项目参建者，通过对该项目钢结构安装施工技术的研究，同时自行研制便携式快速对接胎具，对“皇冠”式钢结构雨棚进行高位分段安装作业，有效解决了临近繁忙公路运营干线、安全风险等级高、作业时间有限等施工难题，降低了安全风险、缩短了安装周期、经济效益显著，在钢混结合的建筑钢结构领域中具有较强的实用性和指导意义。

Abstract： With the rapid development of the construction market in China， steel structure is favored with its special superior performance. The appearance that traditional concrete structure forms can not achieve is expanded because of the emergence of steel structure. More and more building structures adopt steel-concrete combined form. Affected by objective construction conditions， after the lower structure construction is completed， steel structure construction is very limited and the working space is extremely limited. How to overcome the relevant problems become the key point of the effective connection of steel and concrete structure construction， and also the direction of the research of relevant company. As one of the participants of Vietnam Hanoi City Railway construction project， through the research on the construction technology of the steel structure， the author developed a portable fast docking tire for high-level installation operation of "Crown" steel structure canopy， effectively solving the construction difficulties including adjacent busy road， high security risk level， limited operating time and so on， thus reducing security risks， shortening the installation cycle， and achieving significant economic benefits， which has a strong practical and guiding significance in the steel-concrete structure construction.

關键词：繁忙干道；高架车站；钢结构；安装工艺；措施

Key words： busy trunk road；elevated station；steel structure；installation process

中图分类号：TU758.11 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）20-0084-03

0 引言

随着国内建筑市场的蓬勃发展，建筑领域中钢结构形式以其特殊的优越性能备受青睐，传统混凝土结构形式无法实现的外观造型因钢结构形式的出现得以扩充，越来越多的建筑结构采用钢混结合的形式呈现，本人作为越南河内城市轨道建设项目参建者，通过对该项目钢结构安装施工技术的研究，同时自行研制便携式快速对接胎具，对“皇冠”式钢结构雨棚进行高位分段安装作业，有效解决了临近繁忙公路运营干线、安全风险等级高、作业时间有限等施工难题，希望在钢混结合的建筑钢结构领域中提供借鉴和参考。

1 工艺原理

施工作业时，采用作用力直线有效传递的原理，以下部混凝土稳定结构作为上部结构施工载荷的承重基础，通过增加受力面积、限定多个受力点等措施，确保上部施工载荷有效作用于下部结构的主受力构件上，利于载荷的合理传递，满足整体结构受力要求；上部结构安装完成后，将钢结构与混凝土结构进行铰接固定，将结构受力传递至混凝土墩上，完成结构受力转换，形成整体空间体系，大型机械上站台安装施工，缩减了相对吊装高度，减小了吊装作业半径，降低了施工机械的规格。同时消除了施工场地对机械站位的影响，创造了连续作业条件，提高了工效。作业前要对既有环境条件全面考虑，合理优化吊机选择和施工站位，确保施工机械满足既有混凝土结构承载力要求。

2 工艺特点

2.1 可操作性：主要体现有三点，一是下部结构在混凝土浇注和预应力施加完成后，满足承载钢结构专业施工所需的载荷要求；二是上部结构安装采用常规起重设备进行作业，该作业方式在以往的钢结构施工中得以成功的应用；三是对既有建筑的影响小，满足繁忙干线的通行要求。

2.2 安全性：构件安装前对上部载荷进行合理计算，对作业半径、支腿的承载力进行分析，并对下部结构的受力状况进行模拟计算，其受力体系科学合理，结构稳定；实践过程中对结构体系进行实时监测，有效保证了施工过程的安全可控。

2.3 经济性：该技术实现了钢混结构形式施工的有效衔接，对缩短施工工期、全线贯通起到关键性作用；避免了对繁忙公路的行车造成干扰。因此该技术不仅大大缩短了施工工期并且降低了安全施工成本。

3 流程及要点

3.1 工艺流程

方案确定→工况模拟→实施准备→吊机上站房→钢结构安装→吊机下站房。

3.2 操作要点

3.2.1 总体施工方案

根据前期现场调查及施工图纸深化，发现现场作业空间极其有限，吊车在桥下施工，需要对交通繁忙的主干道进行交通导改，安全压力大，施工效率低下，更需要大吨位吊机施工，但在站房两侧顺线路方向各有一孔轨道梁未架设，满足少量构件储存及吊装作业条件要求，通過反复研究，笔者确定单位采用构件工厂制作，汽车运输至现场吊车上桥进行安装的施工方法，即采用120t将25t吊机吊装上站房，75t吊机将构件吊送上站房，25t吊机站房上进行接力吊装作业的总体施工实施方案；25t吊机站房上的运行及支腿位置均在主受力混凝土梁上。

3.2.2 构件分段

根据钢结构构件的结构形式，综合考虑吊装性能参数、下部混凝土梁的承重要求及设计的结构受力意图，将此项目主体结构进行合理分段，分三段进行现场安装，分段后构件长度小于17m，重量小于7.8t。

3.3 工况模拟

利用BIM技术结构建模软件（Tekla）进行钢结构整体建模及现场安装工况模型的建立，通过施工模拟软件（Navisworks）进行安装全过程模拟，用以指导施工方案的制定和碰撞检查；采用结构受力软件（SAP2000）计算模拟施工中各工况结构受力情况，并对结构受力稳定性进行验算。

3.4 施工准备

3.4.1 夹具参数设计

3.4.2 夹具设计

选用不等边角钢为夹具定位基准，配以U型卡具，利用螺栓与下翼缘板和对接口的加劲肋固定，施工时通过水平方向和垂直方向双向定位，从而实现H型钢钢梁高空精确对接，同时多部件组合的结构形式，降低了单个夹具重量，确保了人员在高空的施工安全。

3.4.3 夹具的制备

通过三维模型的建立，明确夹具各部件加工尺寸，然后进行1：1放样仿形切割，通过焊接制作成夹具部件。每个对接口需下翼缘板定位夹具两组，腹板定位夹具一对。单个夹具重量约15kg，符合使用要求。

钢结构现场安装时，钢柱和钢梁的连接节点为焊接节点，现场定位难度大，吊车不能及时摘钩，安装速度慢，为了满足工期要求，通过认真研究，结合以往实施项目的经验，优化施工工艺，自行研制了便携式快速对接胎具，可实现高空快速对接施工，减少空中反复测量、调整过程，提高了施工速度。

3.4.4 夹具的作用

钢结构现场安装时，钢柱和钢梁的连接节点为焊接节点，现场定位难度大，吊车不能及时摘钩，安装速度慢，为了满足工期要求，通过认真研究，结合以往实施项目的经验，自行研制了便携式快速对接胎具，可实现高空快速对接施工，减少空中反复测量、调整过程，提高了施工速度。

3.4.5 防护架搭设

为防止构件安装作业过程中高空坠物，利用型钢、脚手架管、足脚板及密目网等在站台表面铺设防护棚架，棚架外挑3.8m，高度为5.3m，棚架挑梁与既有预埋的构件进行刚性连接，形成一个全封闭的作业空间。

3.4.6 轨道铺设

根据下部混凝土结构横纵梁的布设位置，将25t吊车行走的路径设置在主纵量正上方；同时为增加25t吊机在站台层行走的受力面积，减少对混凝土梁的损伤，在行走的线路上铺设150mm*150mm*6m的方木，方木间用铁丝捆绑牢固，使其形成整体；同时在方木间隙处及方木上方铺设细沙，以使其密贴；同时在轨道两侧设置车挡，防止25t自行吊车滑落。

3.4.7 支点位置处理

依据最优受力状况，结合下部结构纵横梁的布设位置，本工程结构安装时25t吊车的支腿均设置在主纵梁、横梁或纵横梁结合处，同时在各支点下方垫设1m*1m见方的钢垫板，保证下部混凝土结构安全。

3.5 最不利工况分析

钢立柱安装时，最大作业半径：R=11m，吊装顶面高度6m，吊臂垂直高度≥12m，额定起重量G=6.5t，考虑25t吊车重量及吊钩、吊具、迎风载荷等，6.5t>4.92t满足吊装条件。

钢梁安装时，最大作业半径：R=5m，吊装顶面高度7.8m，吊臂垂直高度≥13m，额定起重量G=16.7t，考虑25t吊车重量及吊钩、吊具、迎风载荷等，16.7t>9.5t满足吊装条件。

3.6 吊机上车站高架桥面

根据现场作业条件，选用一台QY120V633/27Y型汽车将25t汽车吊至站台轨道，最大作业半径：R=10m，吊装顶面高度18.46m，吊臂垂直高度≥29m，额定起重量G=36t，考虑25t吊车重量及吊钩、吊具、迎风载荷等，36t>31.77t满足吊装条件。

3.7 钢结构安装

钢结构安装顺序：根据本工程结构形式，钢结构工序安装顺序为：立柱安装-立柱调整-柱间支撑安装-钢梁安装焊接-系杆安装焊接-天窗及附属结构安装；总体安装顺序为：待1-2轴形成整体稳定结构后，再依次向后面的轴线进行推进，而后将钢立柱与混凝土墩柱间灌注自密实混凝土，使其完成体系转换，形成整体稳定结构。

3.7.1 钢柱安装

现场安装前，依据厂内预拼时所做标记，将定位夹具在地面安装到立柱接口处，并拧紧固定螺栓，减少高空作业。本项目钢立柱用车站轨道上25吨汽车吊进行安装作业，立柱安装需在夜间施工，并在封路条件下进行。立柱安装后在柱顶设缆风绳与站台面预埋钢筋连接形成临时稳定结构。

3.7.2 钢梁安装

钢立柱经复测调直，达到设计要求后，方可进行钢梁的安装。钢梁安装前对接口需进行打磨处理，保证后续焊接质量。钢梁安装，采用车站轨道上25吨汽车吊进行作业。吊车将钢梁吊至安装位置上方，缓慢下落，钢梁方向通过缆风绳在地面进行调整。落至接口位置时，安装人员微调钢梁方向，放入限位内，并紧固夹具螺栓，使钢梁与夹具密贴，完成钢梁的空中对接。经测量确认无误后，焊接加固。

3.7.3 安装控制

轴线控制：根据主钢架的支撑点的设置，即钢柱顶的中心轴线来控制主钢架的纵向定位，同时根据分段口在平面上的投影来控制钢架的横向定位。

标高控制：首先在整个安装区内建立标高控制网，将标高引测至搭设好的临时支架上，用钢尺往上量测。也可以将标高引测至胎架上用钢尺往上量，做出空间标高控制网，做好标记，做到每个需要测量的标高均有可引用的标高点。水准仪的架设，可以搭设测量平台，也可以利用周围建筑物进行架设测量，具体根据现场实际情况和周围环境进行确定。

3.7.4 现场焊接

所有焊工必须持有权威机构认可的焊工合格证书，并在有效期内。对施焊焊工进行上岗前考试，考试合格方可上岗，并不得超越上岗证规定的范围进行焊接作业。进行超声波和射线探伤的无损检测工作人员，需持有有效的二级以上合格证件。焊接材料按规定烘焙，当焊条、焊剂当班未用完时，应交回重新烘干，烘干后的焊条应放在保温桶内备用。焊接设备应处于完好状态，设备管理人员对焊接设备进行定期检查，抽验焊接时的实际电流、电压与设备上的指示是否一致。

3.7.5 夹具的拆除

钢梁在按设计要求加固后，即可拆除。拆除时仅需人工松开夹具，分解成部件，即完成夹具的拆除作业。

3.7.6 安装监测

为确保钢梁高空安装精度的关键是监测施工全过程结构的几何尺寸变化情况，及时测量各主要工序施工阶段的动态变化数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导施工。（表2）

3.8 涂装

现场涂装工序主要是最后一道面漆，膜厚60μm；其次为螺栓现场栓接后的涂装处理，技术要求是高强螺栓栓接后的外露涂层、螺栓，涂刷特质环氧富锌封闭底漆1道，然后进行相应部位后续中间漆与面漆的涂装处理。

3.9 吊机下车站高架桥面

25t吊车下站房与上站房吊装工况相似，选用一台QY120V633/27Y型汽车吊将25t汽车吊吊离站台层，最大作业半径：R=10m，吊装顶面高度18.46m，吊臂垂直高度≥29m，额定起重量G=36t，考虑25t吊车重量及吊钩、吊具、迎风载荷等，36t>31.77t满足吊装条件。

4 材料与设备

钢管、钢板、型钢、钢筋、脚手架、扣件、钢丝绳等，120t汽车吊、75t汽车吊、25t汽车吊、升降车等，焊枪、电焊机、铁锤、倒链、千斤顶，水准仪、全站仪、钢卷尺、盒尺。

5 质量控制

①该施工技术的施工验收质量依据有《鋼结构施工质量验收规范》（GB50205-2001）。

②为确保钢结构的焊接质量，在风力达到6级时停止焊接施工。风力达到3级时，在钢接头处搭建防风罩后，方可进行施焊。

③钢结构吊装到位后，必须用千斤顶调整标高，标高调整到位后，必须用弧形托板垫实。钢立柱安装轴线允许偏差±5mm，垂直度允许偏差偏差±3mm，钢梁轴线允许偏差±5mm，高程允许偏差±3mm。

④钢构件安装时，全程通过全站仪测量标高和轴线来精确定位构件，测量仪器必须定期检验校正以满足要求。

⑤上岗的焊工应按焊接种类（埋弧焊、CO2气体保护焊）和手工电弧焊）和不同的焊接位置（平焊、立焊和仰焊）分别进行考试。考试合格发给合格证书。焊工须持证上岗，不得超越合格证规定的范围进行焊接作业。严禁无证上岗。

⑥焊前要熟悉有关图纸和工艺文件，核对焊接部件，并彻底清理待焊区的铁锈、氧化铁皮、油污、水分等杂质。

⑦焊接人员必须严格遵守焊接工艺，不得随意变更焊接规范参数。主要焊缝焊接后，应按规定打上焊工钢印。

6 总结

此施工技术适用于作业条件复杂的高空钢结构安装施工领域，应用市场广泛，本人作为越南河内城市轨道建设项目参建者，以该项目钢结构安装施工技术为例，主要研究了搭设全封闭防护棚架，形成连续作业空间，吊车上站台安装施工，缩减了相对吊装高度，减小了吊装作业半径，降低了施工机械的规格。同时消除了施工场地对机械站位的影响，创造了连续作业条件，提高了工效。同时自行研制便携式快速对接胎具，对“皇冠”式钢结构雨棚进行高位分段安装作业，有效解决了临近繁忙公路运营干线、安全风险等级高、作业时间有限等施工难题，降低了安全风险、缩短了安装周期、经济效益显著，在钢混结合的建筑钢结构领域中具有较强的实用性和指导意义。

参考文献：

[1]GB50205，钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ81，建筑钢结构焊接技术规程[S].

[3]GB11345，钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级[S].