輕型鋼架結構在城郊鐵路站場應用研究

王曉軻WANG Xiao-ke

（中鐵十七局集團建筑工程有限公司，太原 030000）

0 引言

為了適應城市人口的不斷增加造成的交通及居住壓力，發展中的城市通過擴充區位面積來保證城市的發展，縱橫軸線的加長需要龐大的交通網支持才得以確保經濟發展，快速公交、地鐵成為首選公共交通工具，尤其以地鐵最為快捷，但地鐵的規劃實施條件要求多且需要進行層層審批，城郊鐵路介于兩者之間，既解決交通需求，又節約經濟成本，成為多數無法滿足地鐵規劃條件城市的首選。

城郊鐵路在實施過程中需在起終點設置停車場以保證車輛的停放、清洗、檢修保養、調車等多方面功能，停車場的位置多數設置在城市發展的主軸線上，停車場內房屋結構除質量安全硬性要求外，美觀成為第三重點設計，需融合城市發展的歷史、人文、自然景觀等。停車場內房屋結構常見的結構型式有鋼筋混凝土框架結構、鋼結構、輕型鋼架結構。

在眾多的結構型式中各有利弊，需結合城市發展規劃理念、經濟實力等擇優選定。鋼筋混凝土框架結構適用于橫平豎直的結構理念，同時由于自身重量較大對地基要求較高，從而使得施工成本增加、工期較長且無法實現美觀需求；鋼結構可以解決美觀需求，但同樣存在各部件自重較大，需分塊安裝成本高、工期長、安全壓力大；輕型鋼架結構由于自身結構合理重量較輕，多數部件可以在工廠內進行拼裝，地基要求更優便于快速實施，工廠化拼裝既保證質量又縮短工期，現場施工環節減少安全壓力同步減小，從而實現了成本低、工期短、安全壓力小、質量高、外型美觀等多方面要求，本文就城郊鐵路停車場內房屋結構采用輕型鋼架結構的施工方法、施工要點進行闡述。

1 項目概況

鄭州南停車場包含運用庫、洗車庫、綜合樓、混合變電所、鍋爐房及污水處理中心、門衛（2個）、站場路基工程及室外管網和道路工程等，其中工程車庫、停車列檢庫、周列檢庫、運用庫、洗車庫建筑高度9m，建筑面積18517.72m2，鄭州南停車場2個連通場外道路的出入口，停車場內道路設計主干道寬度為7m，次要道路寬度為4m，設計采用瀝青路面，總工期912日歷天。

2 輕型鋼架結構施工方法

為了確保本項目安全質量、工期、成本、利潤，必須加強施工前期的技術準備工作，采用何種工藝施工，何種施工方案比較合理，事先必須作充分的調查和分析比較，作出較全面的、系統的、有預見性的決策，選擇最優方案，以便比較經濟合理地運用人力、物力、資金為后期施工奠定科學的技術管理。根據現場情況決定鋼構件實行工廠化制作，采用25噸吊車現場拼裝的方式進行施工，施工現場設置預拼裝場地和鋼結構堆場，地面均進行硬化。

2.1 施工工藝流程

場地三通一平→構件進場→吊裝機具進場→主鋼構框架吊裝→檁條支撐系桿安裝→噴涂、防腐工程→屋面系統安裝→墻面系統安裝→零星構件安裝→收尾、驗收資料準備→交工驗收。

2.2 鋼柱吊裝、校正、固定

鋼柱吊裝使用25噸汽車吊單點吊裝，用大方木對鋼柱底部進行支墊，用一臺起重機起吊。設置好吊點后開始起吊作業，25噸汽車吊操作員利用起鉤收繩及回轉起重臂，緩慢配合進行起吊作業直至把鋼柱吊離地面并調直。

鋼柱對位就位后，利用汽車吊起重臂回轉產生的側向力對鋼柱垂直度進行初調，垂直度≦20mm，安裝螺母并擰緊固定鋼柱，汽車吊落鉤解繩；用測量儀器從兩個方向測量、校正；過程中須不斷觀察柱底和砂漿標高之間是否有空隙，杜絕校正時頂升過度影響水平標高。一待垂直校正完畢，再度緊固地腳螺栓，并塞緊柱子底部四周的木楔墊塊。（表1）

2.3 屋面梁吊裝

①先根據跨度將短鋼梁現場地面組對拼裝，采用地面平拼法。屋面梁吊裝如圖1所示。屋面梁吊裝按單榀進行，綁點結合現場實際情況及外部環境影響程度采用兩點或多點。綁點與翼緣板之間應用木塊墊護防止損壞。徐徐收起鋼絲繩或抬起起重臂使鋼梁與地面分離且離地距離大于50cm，人工穩住鋼梁汽車吊轉動起重臂使鋼梁與安裝位置中心基本吻合時，收起鋼絲繩使鋼梁升至柱頂以上，人工利用事先設置的纜風繩進行鋼梁旋轉使其對準柱頂，以使落鉤就位。落鉤時應緩慢進行對準柱頂預留螺栓穿入鋼梁孔內，安裝螺母進行初步固定，同時利用儀器或工具進行垂直度校正確認無誤后擰緊螺母完成固定安裝作業。鋼梁垂直度用吊頭進行檢查，第一榀鋼梁調整完成后按臨時固定設置，待第二榀鋼梁吊裝到位后，將兩榀鋼梁及校正，安裝好支撐體系，使用加力扳手或電動扳手終擰固定。

圖1 梁吊裝示意圖

表1鋼柱安裝允許誤差表

②高強度螺栓的連接和固定。

鋼梁起吊拼裝前應對其拼裝相連區域進行檢查，清除板材切割加工過程中產生的棱角、飛邊、焊渣等，磨擦面應無潮濕且整潔。

高強度螺栓在大六角頭上部有規格和螺栓號，按設計圖紙一一對應進行安裝作業且方向也必須符合，螺栓穿入孔內不得借用外力或破壞預留孔，應自由入孔。

鋼構件從拼裝到全部完成拼裝經全面精調最終固定根據項目大小、結構物大小不同都存在時間差，必然存在高強度螺栓臨時連接，在時間及未精調平整構件側拉力作用下高強度螺栓各項參數均會發生不同程度變化，對結構安全產生影響，因此最終固定高強度螺栓嚴禁使用安裝過程中的固定螺栓，必須進行更換。

為確保連接板與預埋板緊密夾緊，最終固定螺栓應從中部向外、對稱進行、分次擰緊，即從各連接點中剛變大的中部位置向中剛變小的外部擰緊。為有效預防預拉力影響連接處的表面涂層及先后擰產生的拉力差，高強度螺栓必須當天完畢終擰且擰緊必須分為初擰和終擰兩步實施。對于螺栓數量多的主節點，除上述問題外還需復擰一道，其扭矩與初擰相同，從而保證所有螺栓均符合初扭矩。

施擰及檢查所用扭矩扳手在施擰前后均應進行扭矩校正。其扭矩校正誤差均應符合相關要求。

精調終擰完成后根據規范要求的頻次及范圍對高強度螺栓進行扭矩抽查，抽查不合格時若小于規定扭矩及時補擰到規定扭矩，大于規定扭矩的及時更換螺栓，同時增加抽查頻次確保結構安全。

高強度螺栓扭矩可用“扭矩法”或“轉角法”進行檢查，即對待檢查螺栓螺桿頂與螺母相連位置劃線標記，先使用扳手反方向將螺母擰至70度左右，再使用扭力扳手將螺母擰回劃線標記位置讀取扭距值，該扭矩值與施工扭距值誤差不超過±10%判定為符合要求。扭矩檢查應在終擰1h后，48h內完成。

上、下兩塊螺栓連接板接觸面斜度>1/20時必須采用墊圈支墊進行調平。高螺底螺栓孔嚴禁使用電焊或氧氣進行切割，必須沖也或鉆孔，并保證孔邊光滑無飛邊、毛刺，孔位中心線傾斜度≦2mm。

2.4 屋面板安裝

本工程結構根據設計，其屋面系統采用鋼骨架輕型屋面板屋面。

吊裝：使用汽車起重機將屋面板吊放于就近的鋼架上。當距離較遠無法直接就位時，使用平板車轉運至可直接就位區域再進行吊裝作業。

調整板縫距離：依據規范要求，板縫寬度為20mm，按規范要求進行板縫寬度調整，板縫寬度偏差≦10mm。板縫允許偏差見表2鋼骨架輕型屋面板安裝允許偏差表。

表2鋼骨架輕型屋面板安裝允許偏差表

焊接：安裝就位后，根據“鋼骨架輕型板試用圖集”關于鋼骨架輕型板屋面板的連接要求，將板與鋼屋架焊勞。焊接等級為三級，其焊縫長度不小于60mm，焊縫高度為4mm，并應保證三點焊接，房屋端部、伸縮縫處及其他類似部位，當焊接困難時，應采取有效措施予以固定。

嵌縫：采用1:8水泥珍珠巖保溫砂漿進行嵌縫，且搗固密實。

防水：表面用1厚水泥基復合抗滲涂層進行封閉處理。

2.5 鋼結構現場焊接

2.5.1 焊接方法確定

依據鋼構件的接頭形式及焊接材料特性，本項目焊接采用“半自動CO2氣保焊+手工電弧焊”相聯合進行。焊前焊后的預熱和加熱方式由鋼板厚決定。紅外線測溫儀測量控制層溫保證焊接質量符合要求。

焊接施工中，隨時對鋼構件的高程、水平度、垂直度等進行量測。若符合要求繼續進行，若不符合要求應立即停止施工，結合實際情況進行整改。常見問題整改處理方式有：焊接順序的改變和加熱校正。

2.5.2 焊前準備

焊接拼裝前對各待焊構件進行全面準備工作，包含坡口清理及接頭處理等工作。坡口及接頭處應先進行除銹工作，可采用鋼絲刷、砂紙、角磨機等工具配合人工進行。清理完成后坡口及接頭處應表面光潔、平整、無銹蝕。

焊接收縮量在焊接開始前要提前預留到位，可采用專用工具或油壓千斤頂等工具進行調整使其符合相關要求。設置完成后使用鋼直尺檢查拼對間間隙寬度，使用角尺檢查錯邊尺寸，使用焊縫量規檢查坡口角度，以上檢查項目均否符合要求后完成焊前所有準備工作。

3 輕型鋼架結構施工要點

3.1 測量復線

根據土建移交的基準點、基準線放出建筑物的幾何軸線，復測各預埋螺栓的位置精度和標高。超差標準需要進行校證或返工，并調整螺母，調到設計標高后固定。

3.2 主結構安裝

主結構的安裝先從山墻的定位跨開始。定位跨安裝時必須拉纜風繩以確保安全，而且有利于定位跨的調整。定位跨主框架安裝后再進行方正調整，符合規范要求后再進行下一跨主結構的安裝。屋頂梁安裝，根據廠房寬度和吊車起吊能力等各方面因素來考慮其拼裝程度。有利于安全、提高工作效率，而且更利于安裝質量。

柱與梁、梁與梁連接均為鋼結構供應商提供的高強螺栓連接。緊固方法為扭矩法（扭力扳手施工），其緊固程序和緊固力依照設計提供的安裝標準。

3.3 次結構安裝

次結構的安裝緊跟主結構之后，主定位結構調整到位后次結構連接件全部擰緊。位于屋檐檁條與屋檐梁通過斜撐連接。在安裝墻板時，通過調節斜撐來滿足屋檐梁的水平度。圍梁安裝要保證圍梁上的安裝沖孔成一直線，以便在安裝墻板時確保質量。防風拉桿安裝前必須先檢查其使用螺母的質量，必要時進行預修整。防風拉桿的距離通過雙向可調拉拉桿進行調整，達到設計標準。

3.4 屋面板、墻面板安裝

屋面板、墻面板在吊裝、駁運時必須采取有效的保護措施保證其不被損壞。安裝前所有相關的施工人員都應明確所有待安裝板位置所對應的型號、尺寸、數量和方向。屋面板、墻面板安裝根據施工圖所提供的技術要求，按順序安裝，在調整跨中消除累積誤差。

3.5 收邊、天溝、落水管安裝

墻角內、外收邊，山墻和屋檐收邊均用拉鉚釘連接，收邊時保證墻角的垂直，達到美觀漂亮。天溝、落水管在現場先拼裝，連接處用拉鉚釘連接。天溝拼裝處防止防水膠的漏涂，安裝時需加倍小心，以免損壞墻面板。

3.6 焊接施工要點

采取必要的防風措施，當風速<2m/s時無需進行防護直接焊接，當風速>2m/s時采用氣保焊焊接必須增加防風措施且報批，當風速>8m/s時采用手工電弧焊焊接必須增加防風措施且報批。濕度要求，在空氣濕度影響下焊接件表面肉眼可見潮濕時必須進行通風或加熱除濕，使其干燥以保證焊接質量，焊接施工區域內空氣相對濕度>90%時應停止焊接作業。溫度要求，當焊接施工區域內溫度小于0℃時必須進行母材加熱方可進行焊接作業。加熱區域為焊接點為基準點，長度方向10cm范圍內，寬度方向為施焊構件所用鋼材厚度的2倍及以上，加熱溫度持繼≧20℃。

4 檢算驗算

4.1 抗傾覆驗算

汽車起重機在吊裝過程中的穩定事關整個安裝過程的安全，必須結合現場實際情況進行抗傾覆驗算。經查《起重機設計規范》得知：

∑M=KGMG-KQMQ-KWMW≥0

式中KG——自重加權系數，取值1.0；KQ——起升荷載加權系數，取值1.15；KW——風動載加權系數，取值1.0；MG、MQ、MW為汽車起重機自重、起升荷載、風動載對傾覆邊的力矩，N·m；42t；Q——起升物重量，（最大構件重量）取8t；W——風動載，按起升荷載的20%考慮；a——汽車起重機重心到支腳傾覆支點的距離，支腿全伸6m，取值3m；R——汽車起重機工作半徑，最大取值9m；h——風動載合力點高度。

圖2 汽車吊工作時受力簡圖

故穩定性滿足要求。

4.2 承載力驗算

汽車起重機工作時出現的最不利的情況為一腳離地，三腳著地受力傳遞給對應三個支腿承載整臺汽車車的重量（含自重和荷重），即：

單個支腿的最大支撐力G1=（G+Q）/3=（42+8）/3=17t

式中：G——汽車起重機自重，取30t；Q——汽車起重機最大荷重（額定荷重），為8t。

汽車起重機對承力點接觸處路基的壓強應為：

單個支腿最大承載力：f=G1/s=17/0.25=68kPa

式中：s——支點接觸點面積，支點墊板尺寸0.5*0.5。

因此，25t汽車起重機工作時接觸點處路基承載力≧68kPa，而處理后的路基承載力一般為600kPa左右，故滿足承載力要求。

5 結束語

輕型鋼架結構在鄭州南站城郊鐵路二期鄭州南停車場房屋結構施工中，針對市區房屋結構施工成本、工期、安全、質量、外型等多方面的要求，通過各環節的精心組織、施工方法選定、結構型式選定實現了各項目標。選用輕型鋼架結構減少了材料用量、構件重量節約材料成本和機械成本；減少地基處理工作量既節約成本又縮短工期；工廠化作業保證焊接質量的同時加快了施工進度節約工期；實現了城市發展的人文、歷史、自然景觀要求。在實際施工過程中采用小噸位吊裝設備，通過檢算滿足要求實現了機械費用減少，地基處理通過驗算滿足要求實現了工期成本雙贏局面，輕型鋼架結構在本項目的實踐中實現了成本低、工期短、安全壓力小、質量高、外型美觀、綠色環保等多方面要求，贏得了良好的社會價值、經濟收益，為同類施工積累了寶貴經驗。