地鐵車站出入口鋼雨棚裝配式施工技術

祝 軻

大量城市地鐵建設項目中，鋼結構雨棚應用變得愈發(fā)廣泛。城市軌道交通存在客流量大、干擾多的特點[1]。地鐵車站出入口雨棚的建設數量龐大，而傳統(tǒng)的地鐵出入口雨棚施工周期長，粉塵、噪音污染嚴重。當今，裝配式建筑的應用越來越廣泛，且具有節(jié)約人力物力資源、施工精度可靠、結構質量良好、施工周期較短等優(yōu)點[2]。采用地鐵出入口鋼雨棚裝配式施工技術，并通過工程實踐已經取得了較好的效果，將地鐵車站出入口鋼雨棚裝配式施工技術做了總結，以期為后續(xù)相關工程施工提供借鑒。

1 工程背景

在傳統(tǒng)施工技術中，地鐵車站出入口雨棚通常是現場施工建造。對附近地面交通干擾大，鋼構件地面拼裝時需要較大的場地，且費用高，工期長[3]。這種傳統(tǒng)的施工技術受到施工周期、天氣條件、施工現場管理等復雜等問題的限制，而裝配式施工技術在地鐵車站出入口雨棚的建設中具有快速施工、減少現場作業(yè)、質量可有效控制等優(yōu)點。

然而，該技術也存在實施難度：第1，設計和工程配合。裝配式施工需要提前進行詳細的設計和規(guī)劃，確保構件的準確性和一致性。與傳統(tǒng)施工方法不同，裝配式施工需要工程的各個參與方進行更密的切協(xié)作配合；第2，運輸和安裝。預制構件的運輸和安裝需要考慮到尺寸、重量和特殊要求。有時可能需要專用的運輸設備和機械進行安裝，增加了難度和成本；第3，技術要求和培訓。裝配式施工需要具備相關的技術知識和操作技能。施工人員可能需要接受專門的培訓，以掌握裝配式施工技術。

盡管裝配式施工技術在地鐵車站出入口雨棚建設中具有一些實施難度，但由于其快速施工、質量控制和減少現場工作等優(yōu)點，越來越多的地鐵項目選擇采用這種技術。本文技術依托深圳市崗廈北交通樞紐站出入口鋼雨棚項目，該出入口鋼雨棚長14.6 m，寬6.3 m，高2.8 m。在實施過程中需考慮單元劃分、受力分析、材料加工、材料運輸、現場拼裝等施工因素。

2 地鐵車站出入口鋼雨棚裝配式施工技術

鋼雨棚裝配式技術有2 種安裝方式?整體加工和吊裝；分段加工和吊裝。整體加工和吊裝的方式存在會受到超寬、超高和現場施工空間狹小限制等問題，且整體加工和吊裝方式所涉及的材料多，預制的工序多，組裝工藝復雜。整體裝配時容易出現定位不準、尺寸誤差等情況，致使施工質量差、增加施工周期、使用壽命短的問題。分段加工和吊裝的方式由于分解處理了原本過寬、過高的雨棚，可以規(guī)避施工空間狹小問題，且分段加工、分段吊裝的方式受出入口截面大小、空間位置及施工能力等相關制約較小，施工更加靈活。

2.1 單元板塊劃分

根據地鐵車站出入口鋼雨棚特點，現場實際施工條件，鋼結構加工限制等因素，將鋼雨棚劃分為后端單元板塊、第1 側面單元板塊、第2 側面單元板塊、頂面單元板塊，由于頂面加工成1 個單元板塊超寬，因此需將頂面加工成3 個單元板塊，這樣將分成6 個單元板塊。在設計優(yōu)化過程中應進行編號排列[3]。有效解決了單元板塊運輸超寬超高的問題，也解決了現場狹小無法整體吊裝的問題，單元板塊在工廠加工拼裝并涂裝完成后，運輸到現場進行就位拼裝，減少現場焊接和涂裝，施工質量得到保證。在吊裝構件的時候，應當防止其發(fā)生變形，這便需要對構件各部位的受力情況進行詳細計算[4]。

2.1.1 頂部單元板塊受力分析

出入口鋼雨棚頂部受力的劃分原則是根據其組成形式進行劃分，并需進行受力分析得出。鋼雨棚頂部由主梁和次梁組成，連接方式為焊接。主梁截面（長、寬、厚）為200 mm×200 mm×8 mm，及200 mm×100 mm×8 mm的矩形空心管；次梁截面（長、寬、厚）為200 mm×100 mm×8 mm，及100 mm×100 mm×8 mm的矩形空心管；鋼材均采用Q235B 鋼材，鋼材密度為7850 kg/m3，彈性模量為2.06×104 N/mm2，泊松比為0.3；鋼材本構關系考慮屈服后材料硬化所以采用雙折線模型。為了使求解的結果更接近實際情況，模型采用固體Solid 單元。根據便于安裝運輸的要求，首先將雨棚頂面劃分為3 個單元，其中單元一為懸挑，單元二、三為非懸挑，懸挑模型如圖1 所示。

圖1 ANSYS 軟件中創(chuàng)建鋼雨棚單元模型（來源：作者自繪）

2.1.2 對劃分單元板塊吊裝受力和變形分析

網格劃分見圖1，其中主、次梁網格尺寸為20 mm。為了保證現場吊裝的安全和控制變形采用四點吊，吊點位置選在次梁的4 個角上，因此有限元模型中邊界條件將吊點設置完全固結，如圖2 所示（即構件在x、y、z任意方向均不發(fā)生相對位移與轉動）。

圖2 鋼雨棚吊裝點約束施加（來源：作者自繪）

2.1.3 單元板塊重力荷載作用分析

鋼雨棚在吊裝的過程中只受到重力載荷，即為鋼雨棚的自重荷載，在ANSYS 軟件中直接添加重力加速度，選擇豎直向下為正方向，ANSYS 將自動的轉化成鋼雨棚的自重，如圖2 中的A 所示。創(chuàng)建作業(yè)并提交，即可算出鋼雨棚在施工階段自重荷載作用下的受力變形圖，計算結果如圖3 所示。變形分析從圖3 中可以看出單元的最大變形分別為0.607 mm，重力荷載作用下鋼材橫梁撓度限值為：df，lim=橫梁長度L/400=6801/400=17.002 mm，鋼材橫梁撓度限值遠大于設計計算值的0.607 mm，因此鋼架梁變形在規(guī)定范圍之內，滿足變形要求。根據受力分析可以計算得出，單元的最大支座反力分別為5507.2 N；由圖4 可知單元鋼架梁在施工階段所受最大切應力發(fā)生在次梁和主梁固結處分別為43.851 MPa。

圖3 吊裝單元重力荷載變形（來源：作者自繪）

圖4 吊裝單元的最大剪力圖（來源：作者自繪）

參照《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017）中4.4.5 條款規(guī)定Q235鋼材角焊最大許用設計強度為160 MPa 大于43.851 MPa；因此鋼架梁滿足承載能力滿足要求。

2.2 單元板塊加工要求

鋼結構地鐵車站出入口鋼結構雨棚的材料材質應符合國家相關標準規(guī)定，具有高強度、耐腐蝕、抗震性能好等特點。常用的鋼材材質有Q235、Q355 等。同時，在環(huán)保方面也應注意選擇符合國家要求的材料。加工精度應按國家標準規(guī)定進行生產和制造，包括鋼結構中零件的加工精度、尺寸精度和加工表面質量等方面，要求達到國家標準規(guī)定的相關技術指標。

鋼結構雨棚的加工制造過程中，變形控制是非常重要的方面，包括焊接、預拼裝和運輸等環(huán)節(jié)都需要注意控制變形。因此，應采用先進的預處理工藝和正確的焊接方法，確保結構件內部應力均勻、變形控制。

在工廠進行單元板塊加工及預拼裝，除銹防腐完成后，運輸到施工現場進行裝配化組裝如圖5 所示，圖中序號1 ～6 為安裝順序。并用BIM 技術進行模擬施工，各單元板塊裝配化組裝時，后端橫梁和頂面橫梁為對應面的橫梁，第1 側面縱梁、第2 側面縱梁和頂面縱梁為對應面的縱梁，且雨棚側面和雨棚頂面之間的第1 交接縱梁劃分給第1 側面單元板塊，雨棚側面和雨棚頂面之間的第2 交接縱梁劃分給第2 單元板塊，雨棚頂面和雨棚后端面之間的交接橫梁劃分給后端單元板塊，能夠減少頂面單元板塊的重量，便于吊裝；后端立柱、第1 側面立柱、第2 側面立柱是位于對應面的立柱，且雨棚側面和雨棚后端面之間的第1 交接立柱劃分給第1 側面單元板塊，雨棚側面和雨棚后端面之間的第2 交接立柱劃分給第2 側面單元板塊，能夠保證第1 側面單元板塊和第1 側面單元板塊吊裝后的穩(wěn)定性，有利于后期頂面單元板塊的吊裝穩(wěn)定。

圖5 裝配化組裝順序及單元劃分BIM 模型（來源：作者自繪）

在生產過程中，其堆放和運輸工作也非常重要。在堆放過程中要正確使用支撐，避免結構件變形。在運輸過程中，要選擇合適的運輸車輛，對結構件進行固定和防護，避免產生撞擊和磨損等影響。

2.3 現場裝配技術及要點

2.3.1 吊裝前準備

首先需進行場地清理與鋪設道路，本案例地鐵車站出入口鋼雨棚主要采用一臺25T 汽車吊進行鋼構的安裝。材料進場后應水平放置，有條件的情況下需要墊木方，避免變形，為保證吊裝正常進行，應對材料進行驗收，主要是對構件的焊縫、尺寸以及厚度等進行檢驗。最后根據圖紙圖及水準點交接單，對定位點平面位置及坐標以及水準基點的高程進行復核。進行試吊，吊起一端高度10 ～20 cm時暫停起吊，檢查索具是否牢固[5]。

2.3.2 鋼雨棚的吊裝

后端單元板塊安裝：將后端單元板塊吊裝至雨棚基礎后端的指定位置，并與后端立柱底部基礎臨時焊接，因后端單元板塊比兩側的單元板塊更小，優(yōu)先吊裝較小的后端單元板塊便于安裝、調整和固定，保證兩個方向的垂直精度。后端單元板塊吊裝就位后，對平面外內垂直校準，斜撐固定，再進行下一個單元板塊吊裝。

側面單元板塊安裝：后端單元板塊定位后將側面單元板塊吊裝至基礎上的指定位置，并將立柱底部與基礎臨時焊接同時對平面外內垂直校準，斜撐固定，垂直度滿足要求后，再進行橫梁的焊接。

2.3.3 安裝雨棚的施工平臺

為便于頂棚和單元板塊施工，在兩側板塊吊裝就位并臨時固定穩(wěn)定后安裝施工平臺。如圖6 所示，在第一側面單元板塊側面立柱的中部搭設沿地鐵出入口縱向設置的導軌，并在第二側面單元板塊側面立柱的中部搭設沿地鐵出入口縱向設置的導軌。2 個導軌等高設置；操作底部兩側的滾輪分別放置在兩側導軌中，使操作平臺能夠沿地鐵出入口縱向移動，施工人員能夠隨操作平臺的移動對雨棚不同位置進行施工，無需像滿堂腳手架那樣需要占據地鐵出入口的所有空間，結構簡單，可滿足對雨棚的全面施工，安裝方便并能夠重復使用。且滾輪上設有鎖定結構，當施工人員在操作平臺上作業(yè)時，能夠鎖定滾輪，避免滾輪滑動，保證施工人員的安全。此外，導軌的高度超過欄桿和電扶梯扶手高度，使得施工人員在操作平臺上作業(yè)時，平臺下方的專業(yè)設施能夠平行作業(yè)，提高施工效率，縮短工期。

圖6 施工平臺安裝完成圖（來源：作者自繪）

2.3.4 頂面單元板塊安裝

將頂面單元板塊吊裝至指定高度，頂面單元板塊橫梁對準測量立柱橫梁位置，校準定位，無誤后進行焊接固定。各單元板塊安裝完成后對整個鋼結構側面、頂面平整度、垂直度進行檢測核驗，無誤后進行滿焊，以保證最終質量。

2.3.5 雨棚墻頂面裝飾施工

鋼結構雨棚機電、裝修安裝采用了移動施工平臺安裝，可以重復利用，拆裝快速，移動平臺的使用方便鋼雨棚裝修施工和機電安裝施工，不影響樓梯裝修施工、扶梯安裝調試和欄桿安裝，出入通道暢通，且不受雨季等季節(jié)性施工的影響。吊頂鋁板裝飾施工方便、工期短、工效高、交叉施工影響小。

3 結語

本文地鐵車站出入口鋼雨棚裝配式施工技術，采用移動施工平臺安裝，對交叉施工干擾小，可縮短施工周期，安全隱患小，解決了傳統(tǒng)地鐵車站出入口雨棚施工面臨的環(huán)境、安全、造價等問題，實現了地鐵車站施工全過程處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質的可控狀態(tài)，同時降低了成本，形成新型地鐵車站裝修工程裝配式的施工技術。

本文研究成果除了可以直接用于依托工程的建造，并已經取得了1 項發(fā)明專利：《一種地鐵車站出入口的雨棚的施工方法》（ZL 202110395091.3），1 項 實 用新型專利：《一種用于地鐵出入口雨棚施工的移動式施工平臺》（ZL 202120753281.3），在其他相類似的地鐵車站出入口施工中也得到了廣泛推廣應用。