钢结构无柱雨棚安装施工工法的优化

钢结构无柱雨棚安装施工工法的优化

王天虎

（中铁一局集团物资工贸有限公司， 陕西 西安　71000）

摘要：钢结构无柱雨棚以其宽敞、通透、造型优美等众多优点，逐渐成为我国现阶段铁路客运站站台雨棚设计的发展方向。由于其具有大空间、大跨度的特点，在施工中必须要求每个构件的安装都要精准定位，尤其钢柱安装定位，对整个无柱雨棚的安装精度起了非常重要作用。本文以西安火车站改扩建站台无柱雨棚为背景，从无柱雨棚钢柱的加工到安装整个过程，介绍了无柱雨棚安装控制的要点和难点，并对其工法进行了分析优化，通过优化改善了钢柱的安装精度。其优化对无柱雨棚的设计、加工和安装有很好的借鉴价值。

关键词：无柱雨棚；钢柱安装；工法优化；安装精度；工作效率；

自北京站无柱雨棚项目作为试点工程开始施工，之后陆续设计建成的上海南站、广州南站等大中型客运站都采用了无柱雨棚[1]。站台无柱雨棚，并不是真的没有柱子，而是利用大跨度结构设计，将雨棚钢柱设立在站台以外的轨道之间，使站台呈现出宽敞、通透、造型优美的无柱空间，让旅客在站台的通行和上下车时更加舒适。其跨度大和空间大的建筑风格，不仅提升了区域交通的出行能力，也擦亮了城市的窗口。

随着科技的发展，大跨度钢结构的施工技术已经非常成熟，但无柱雨棚的结构受地质条件、空间功能、安全造型等限制，要达到结构安全可靠、造型精准美观，对无柱雨棚的安装要求是非常苛刻的。西安火车站作为全国的三大交通枢纽之一，其无柱雨棚安装质量具有重大的研究意义。

1 工程概况

西安站改无柱雨棚分为东、西两侧，均由钢管混凝土柱、钢框梁和桁架组成。该课题以西安站改西侧无柱雨棚为研究对象，建筑面积3.96万m2，一期2.2万m2，二期1.76万m2；共有钢柱119根，高度最低12.85米，最高19.98米；雨棚主轴线主梁采用异形钢框梁，跨度最小21.3米，最大24.6米；副轴线采用直形钢框架梁，跨度最小10.8米，最大18米；其中(P/0-3,P/D-F)、(P/9-12,P/E-G)采用大跨度桁架梁，最大跨度46米。项目模型图见图一：

图1　西安站改西侧无柱雨棚模型图

2 无柱雨棚施工现状

项目临近营业线施工，采取“边行车、边建设”的施工方案，工期紧，交叉作业多，施工场地有限，因此无柱雨棚很多体积较大构件都无法整体安装，需分段进行。钢柱因高度较高，柱顶四个方向还带有牛腿，在前期施工时都是分成两段进行安装，下部的一节柱与预埋锚栓连接，先进行安装定位加固，之后浇筑柱底部短柱混凝土，等强度达到设计要求后，进行上部的二节柱安装，二节柱安装前先在接缝处安装二节柱安装焊接平台，之后进行安装定位焊接。无柱雨棚钢柱安装定位决定了各钢梁的连接尺寸及焊接质量，因此钢柱安装质量是无柱雨棚安装质量重要因素。

2.1施工难点

无柱雨棚钢柱安装定位的质量严重影响后续主梁、次梁及屋面的安装。目前钢柱安装是分两段进行，需要进行两次测量定位，每次测量定位都会从在误差，再加上预埋件在安装时的误差，三次误差累积之后，钢柱在二节柱安装定位时，其位置很难控制，加之二节柱安装是高空作业，人员在上面操作不灵活，造成二节柱安装效率低非常低，一个二节柱仅安装定位就需要4小时，定位后焊接还需要8小时，严重影响了后续施工工序和整体施工工期，且定位完成在环缝焊焊接时，受高空做作业场地狭小和外部自然环境的影响，焊接质量不合格和焊接变形导致钢柱顶部中心点坐标偏移的情况时有发生，无柱雨棚二节柱的安装定位及焊接质量严重影响了项目整体的工程质量的施工进度。

2.2 原因分析

针对于上述存在的钢柱安装后焊接质量不合格、顶部中心坐标偏移和安装时间长的问题，在西安火车站无柱雨棚一期工程安装的67根钢柱安装时进行了统计分析，分析情况如表1所示：

钢柱一二节柱焊缝质量调查情况如下：经统计一期67根钢柱焊缝有有12根钢柱的焊缝存在轻微缺陷，二节柱平均安装时长。由于以上施工难点对安装情况产生了较大影响，部分钢柱安装完成后复测得到的数据并不理想，原因主要分为两方面：其一是测量定位时存在的累积误差和现场作业人员安装时的操作误差，其二是定位之后现场焊接完成也产生了一定误差。具体调查结果如下表所示：

表1 钢柱安装质量情况统计表

本课题针对安装出现的问题提出了新的设计思路，旨在二期安装过程中能够最大程度上解决或者规避掉一期安装中发现的情况。

3 施工工法优化

3.1 预埋锚栓施工

首先，为保证预埋锚栓在钢柱承台中的预埋精度，采用双模具将柱底板六个预埋锚栓的六等分，此方法不仅能保证预埋锚栓的垂直度，同时也能降低相邻锚栓间的平面误差。

其次，为方便双模板预埋锚栓快速定位，采用全站仪进行主轴线上东西测锚栓中心点1：1平面位置的放样。锚栓中心偏距在5mm以内，顶面标高控制在±3mm，调节完成后，与钢柱承台钢筋笼焊接牢固。

最终，承台混凝土分两次浇筑，浇筑过程中，针对东西侧锚栓平面位置监测，其预埋锚栓安装质量明显提升。图1为预埋锚栓的施工过程：

图1：双模板预埋锚栓定位

3.2 一二节柱对位焊接施工

针对环境、自重、焊接顺序影响着一二节柱对位焊接后整柱的安装精度，本课题将一二节柱施工方法改为整柱施工方法。

首先，在加工厂根据1：1比例制作一二节柱对接焊的专用胎架，将一二节柱拼接为整柱。

其次，在焊接过程中，采用对称、多层多道焊接，焊接工序应符合焊接工艺评定试验要求，其焊缝质量应达到超声波检测一级；焊接过程中严格要求钢柱线形，保证其整柱直线度小于10mm

最终，安装钢柱前，先复测预埋锚栓的平面位置；符合规范要求后，将柱底螺母调制设计高程，其高程误差控制在±2mm；钢柱安装，采用两台经纬仪成90°角布置进行钢柱垂直度监测，垂直度合格后对柱顶牛腿的坐标和标高进行复测，复测无误后进行钢柱与预埋件的连接，连接采用螺栓固定和焊接双重固定，确保钢柱和预埋件有效可靠连接，保证钢柱的位置不发生偏移活倾斜，以此保证钢柱的安装质量。

4优化效果

西安站改无柱雨棚共安装钢柱119根，工法优化后西安站改无柱雨棚二期共计安装钢柱52根。实施过程中对2021年8月至2021年10月安装的52根钢柱的安装质量和经济效果进行了统计，统计情况如下表2所示：

表2：钢柱安装质量统计表

统计结果表明，工法优化后钢柱安装的合格率为98.07%，相比一期安装的67根钢柱合格率提升了13%，钢柱安装合格率明显提升。

经济效果统计：工法优化后，现场的钢柱安装减少二节柱对接和焊接工序，大大节约了现场安装的成本，在考虑钢柱厂内对接焊接的基础上，从人、机、料三个方面的对钢柱加工安装新方案的成本进行了核算统计，统计结果如表3所示：

表3：经济效益核算统计表

由表4可以看出，工法优化后节约成本18.12万元。

5 结束语

无柱雨棚钢柱安装工法优化后，使钢柱安装的合格率明显提升，保证了钢结构无柱雨棚的安装质量和美观造型，还节省了成本，减少了现场施工工序，提高了工作效率，缩短了施工工期。优质高效按节点圆满完成了西安站改西侧站台无柱雨棚的施工任务，得到了业主和监理单位的一致好评，为我单位取得了极大的荣誉，树立了我单位的钢结构工程专业施工的良好形象，为后续赢得更多的钢结构施工项目奠定了良好的基础。

参考文献

[1]杨建栋.铁路客运站无柱雨棚发展探析[J].基层建设,2018,04

[2]孙永同.北京站扩能改造及无柱雨棚工程施工管理概述[J].铁道建筑,2005(01):1-4.

[3]沈万玉.嘉兴南站无站台柱雨棚钢结构关键施工技术[J].安徽建筑,2014,21(02):152-153+171.

[4]刘岩,谭宇胜.广州南站无站台柱雨棚钢结构屋盖的设计与施工[J].仲恺农业工程学院学报,2017,30(04):46-50+58.

[5]古兴会.浅析钢结构安装工程施工方法[J].特钢技术,2018,24

[6]刘勇.钢结构安装施工技术要点分析[J].砖瓦,2021(07)

[7]于培龙,顾典科.钢结构安装关键技术[J].绿色科技,2021,23