高鐵站房吊頂轉(zhuǎn)換層體系研究

趙向東

(中鐵建設(shè)集團有限公司 北京 100040)

1 前言

伴隨著“交通強國、鐵路先行”的思想理念，我國的鐵路建設(shè)迎來了高速發(fā)展的新時代，一座又一座蘊含當(dāng)?shù)靥厣幕母哞F站房拔地而起，逐漸成為當(dāng)?shù)匦伦鴺?biāo)以及核心商業(yè)圈之一。

高鐵站房由于其自身屬性，體量大、層高較高，設(shè)計吊頂距離結(jié)構(gòu)面較大，一般都需要設(shè)計吊頂轉(zhuǎn)換層，然而設(shè)計總體單位考慮設(shè)計通用性和安全性，往往采用較為穩(wěn)妥的設(shè)計方案，這樣不僅造成材料浪費，而且增加施工成本。

高鐵站房的吊頂轉(zhuǎn)換層與其他民用建筑的主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)換層附著的結(jié)構(gòu)形式更加多樣化；高鐵站房候車大廳空間尺度較大，設(shè)計造型豐富，轉(zhuǎn)換層一般附著在大跨度鋼結(jié)構(gòu)下方，如焊接鋼梁結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等；城市通廊、出入站廳、售票廳、辦公空間等則附著在混凝土樓板或鋼結(jié)構(gòu)下方。 而民用建筑一般結(jié)構(gòu)跨度較小，轉(zhuǎn)換層均附著在混凝土結(jié)構(gòu)樓板下方。

本文通過對比分析吊頂轉(zhuǎn)換層體系的多種構(gòu)造工藝以及經(jīng)濟效益，結(jié)合貴陽北站站房的相關(guān)實踐經(jīng)驗，運用對比分析法，研究構(gòu)造技術(shù)特點。 在結(jié)構(gòu)受力安全的前提下，依據(jù)吊頂附著不同的結(jié)構(gòu)受力形式，研究總結(jié)適合高鐵站房應(yīng)用的轉(zhuǎn)換層吊頂體系，節(jié)省效益，為后期類似的高鐵站房裝飾工程提供可借鑒的方法和思路。

2 工程概況

新建貴陽北站東靠黔靈山脈，位于貴陽市老城區(qū)與金陽新區(qū)之間的三橋馬王廟片區(qū)，站房總建筑面積118 525 m2，地下一層城市通廊吊頂為鋁板網(wǎng)吊頂、鋁條板吊頂，吊頂完成面距離結(jié)構(gòu)面高度為4.5 m；一層、二層候車大廳吊頂為鋁條板和鋁單板結(jié)合的吊頂體系，吊頂完成面距離結(jié)構(gòu)面高度為4 m，吊頂完成面距離地面為20 m，距離網(wǎng)架下弦桿為1 m；各辦公用房及設(shè)備用房吊頂為600 mm ×600 mm 活動板塊材質(zhì)，吊頂高度距離結(jié)構(gòu)面為1.8 m。

3 高鐵站房常見吊頂轉(zhuǎn)換層體系

目前高鐵站房吊頂轉(zhuǎn)換層體系按照吊桿高度主要分為吊頂反支撐體系、吊頂鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化層兩種，結(jié)合不同的構(gòu)造形式又劃分為幾種不同的安裝體系。

3.1 吊頂反支撐體系

當(dāng)?shù)鯒U長度大于1 500 mm 小于2 500 mm 時，應(yīng)設(shè)置反支撐[1]。 反支撐設(shè)置通常有以下3 種安裝體系：

3.1.1 角鋼加固反支撐體系

角鋼加固反支撐體系由萬能角鋼、角鋼連接件、吊桿、吊頂主龍骨等構(gòu)成。 利用角鋼一端固定在樓板上，另一端與吊頂主龍骨錨固(垂直錨固或呈一定角度錨固)進行支撐，反支撐安裝通常在2 m范圍內(nèi)呈梅花狀分布[2]；此工藝采用裝配式安裝，現(xiàn)場無焊接，安裝效率中等，安裝示意圖見圖1。

3.1.2 吊桿拉結(jié)加固反支撐體系

吊桿拉結(jié)加固反支撐由吊桿、吊頂主龍骨等構(gòu)成。 利用吊桿通長拉結(jié)加固，在距吊頂主龍骨450～600 mm 位置，垂直于主龍骨方向用吊桿與吊頂?shù)鯒U通長焊接(防銹處理到位)，橫向增加吊桿與墻體固定，在間距2 m 范圍內(nèi)加設(shè)一定角度45°小斜撐[3]；此工藝需現(xiàn)場焊接，并在焊接部位做防銹處理，安裝效率較低，安裝示意圖見圖2。

圖2 吊桿拉結(jié)加固反支撐體系示意(單位:mm)

3.1.3 套管加固反支撐體系

套管加固反支撐體系由鍍鋅金屬管、吊桿、吊頂主龍骨等構(gòu)成。 采用直徑為吊桿2 倍的鍍鋅金屬管進行套固，對吊桿起到加粗、加固，增強抗變形能力[4]。 此工藝采用裝配式安裝，現(xiàn)場無焊接，安裝效率較高，安裝示意圖見圖3。

圖3 套管加固反支撐體系示意(單位:mm)

以上3 種吊頂反支撐體系適用于高鐵站房辦公區(qū)及設(shè)備房間吊頂使用，通過從施工便利性、經(jīng)濟效益等方面綜合對比分析推薦使用鍍鋅金屬管反支撐體系。

3.2 吊頂鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化層體系

當(dāng)?shù)鯒U長度大于2 500 mm、吊桿上部為網(wǎng)架、鋼屋架或吊頂內(nèi)存在設(shè)備管道過多時，應(yīng)設(shè)有鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，將吊桿按照規(guī)范要求固定在轉(zhuǎn)換層上[5]。吊頂鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層通常有以下3 種安裝體系：

3.2.1 鍍鋅角鋼轉(zhuǎn)換層體系

鍍鋅角鋼轉(zhuǎn)換層體系由∠50 系列角鋼或∠40系列角鋼、角鋼連接件、角鋼吊桿、吊頂?shù)鯒U、吊頂主龍骨等構(gòu)成。 根據(jù)已放好的控制線在角鋼上打孔，孔距縱橫間距各為1 200 mm，吊桿為∠40 ×4 mm角鋼，縱橫向間距為1 200 mm，吊桿通過長度為100 mm 的∠50 ×5 mm 角鋼用M10 膨脹螺栓固定在結(jié)構(gòu)板底，橫向龍骨為熱鍍鋅角鋼與∠40 ×4 mm熱鍍鋅角鋼龍骨通過螺栓連接，每隔3 600 mm縱向采用∠30 ×3 mm 熱鍍鋅角鋼栓接作為加固龍骨[6]。 此工藝在現(xiàn)場加工打孔后可實現(xiàn)裝配化式安裝，安裝效率中等，安裝示意圖見圖4。

圖4 熱鍍鋅角鋼吊頂轉(zhuǎn)換層示意(單位:mm)

3.2.2 萬能角鋼轉(zhuǎn)換層體系

萬能角鋼轉(zhuǎn)換層體系由∠38 系列萬能角鋼、吊頂?shù)鯒U、吊頂主龍骨等構(gòu)成。 利用∠38 系列萬能角鋼為主吊桿，縱橫向間距為1 000 mm。 吊桿距離轉(zhuǎn)換層端部距離不得大于300 mm，超過300 mm 則需增設(shè)吊桿[7]，轉(zhuǎn)換層安裝完畢后，其垂直方向安裝一道加固萬能角鋼，角鋼間距2 000 mm 間距增設(shè)一道[8]。 此工藝采用裝配化安裝，現(xiàn)場無需焊接及打孔，安裝效率較高，安裝示意圖見圖5。

圖5 萬能角鋼轉(zhuǎn)換層示意

通過結(jié)構(gòu)計算驗證可以得出以上兩種方案強度和撓度均滿足要求，均適用于進出站廳、城市通廊、售票廳等混凝土結(jié)構(gòu)樓板條件下的吊頂轉(zhuǎn)換層施工；轉(zhuǎn)換層由于采用角鋼材質(zhì)連接，縱橫間距均控制在1 200 mm 以內(nèi)，承載力經(jīng)過計算也均能滿足上人安裝吊頂面層條件，只要轉(zhuǎn)換層內(nèi)凈高滿足即可采用反吊安裝施工法，在轉(zhuǎn)換層內(nèi)安裝吊頂面層，無需在地面采取搭設(shè)腳手架或曲臂車等安裝措施。 通過對兩種方案的經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出，萬能角鋼轉(zhuǎn)換層體系更為經(jīng)濟適用，安裝更為高效快捷。 經(jīng)濟對比分析見表1。

表1 經(jīng)濟對比分析

3.2.3 C 型鋼轉(zhuǎn)換層體系

當(dāng)?shù)蹴斵D(zhuǎn)換層位于網(wǎng)架或者桁架體系下方時，轉(zhuǎn)換層體系也同步調(diào)整。 由于網(wǎng)架體系下弦桿的跨度往往較大，為了保證轉(zhuǎn)換層體系的強度和剛度，需采用強度、剛度更大的C 型鋼轉(zhuǎn)換層體系[9]。 C 型鋼轉(zhuǎn)換層體主要由螺栓連接點或抱箍連接點、角鋼連接件、C 型鋼、角鋼、吊桿、吊頂主龍骨等構(gòu)成。

(1)當(dāng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為螺栓球體系時，通過螺栓將∠63 ×5 mm 的熱鍍鋅角鋼與螺栓球連接，∠40 ×4 mm熱鍍鋅角鋼吊桿與∠63 ×5 mm 角鋼栓接連接，C 型鋼與∠40 ×4 mm 角鋼采用2M12 螺栓連接，同時與C 型鋼垂直方向采用小型C 型鋼或角鋼焊接形成完整的轉(zhuǎn)換層體系，便于后續(xù)面板的安裝[10]，安裝示意圖見圖6。

圖6 C 型鋼轉(zhuǎn)換層(螺栓連接)體系示意(單位:mm)

(2)當(dāng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為焊接球體系，則通過抱箍體系與網(wǎng)架下弦桿連接固定[11]，抱箍形式較為靈活，可有效針對弦桿進行加工制作，如考慮吊頂材料自重較大，可將抱箍設(shè)計采用角鋼環(huán)形固定等方式。安裝示意圖見圖7。

圖7 抱箍安裝示意(單位:mm)

接下來C 型鋼轉(zhuǎn)換層體系通過∠40×4 mm 熱鍍鋅角鋼與抱箍體系栓接連接，C 型鋼接頭處內(nèi)襯小號C 型鋼栓接連接，同時與C 型鋼垂直方向焊接∠50 ×5 mm 熱鍍鋅角鋼形成完成的轉(zhuǎn)換層體系，便于連接吊桿安裝面層面板[12]。 C 型鋼的選用需根據(jù)下弦桿的跨度尺寸進行受力計算，尤其需重點計算C 型鋼的撓度是否滿足要求。 安裝示意圖見圖8。

圖8 C 型鋼轉(zhuǎn)換層(抱箍連接)體系示意(單位:mm)

4 結(jié)束語

通過對不同結(jié)構(gòu)(混凝土、網(wǎng)架等)體系下以及不同的吊頂轉(zhuǎn)換層體系進行詳細的對比分析，并給出了建議性的選擇方案，不僅為后續(xù)高鐵站房吊頂轉(zhuǎn)換層體系的選擇指明了方向，避免了走彎路造成不必要的損失，而且可以創(chuàng)造相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。