轻型钢架结构在城郊铁路站场应用研究

王晓轲WANG Xiao-ke

（中铁十七局集团建筑工程有限公司，太原 030000）

0 引言

为了适应城市人口的不断增加造成的交通及居住压力，发展中的城市通过扩充区位面积来保证城市的发展，纵横轴线的加长需要庞大的交通网支持才得以确保经济发展，快速公交、地铁成为首选公共交通工具，尤其以地铁最为快捷，但地铁的规划实施条件要求多且需要进行层层审批，城郊铁路介于两者之间，既解决交通需求，又节约经济成本，成为多数无法满足地铁规划条件城市的首选。

城郊铁路在实施过程中需在起终点设置停车场以保证车辆的停放、清洗、检修保养、调车等多方面功能，停车场的位置多数设置在城市发展的主轴线上，停车场内房屋结构除质量安全硬性要求外，美观成为第三重点设计，需融合城市发展的历史、人文、自然景观等。停车场内房屋结构常见的结构型式有钢筋混凝土框架结构、钢结构、轻型钢架结构。

在众多的结构型式中各有利弊，需结合城市发展规划理念、经济实力等择优选定。钢筋混凝土框架结构适用于横平竖直的结构理念，同时由于自身重量较大对地基要求较高，从而使得施工成本增加、工期较长且无法实现美观需求；钢结构可以解决美观需求，但同样存在各部件自重较大，需分块安装成本高、工期长、安全压力大；轻型钢架结构由于自身结构合理重量较轻，多数部件可以在工厂内进行拼装，地基要求更优便于快速实施，工厂化拼装既保证质量又缩短工期，现场施工环节减少安全压力同步减小，从而实现了成本低、工期短、安全压力小、质量高、外型美观等多方面要求，本文就城郊铁路停车场内房屋结构采用轻型钢架结构的施工方法、施工要点进行阐述。

1 项目概况

郑州南停车场包含运用库、洗车库、综合楼、混合变电所、锅炉房及污水处理中心、门卫（2个）、站场路基工程及室外管网和道路工程等，其中工程车库、停车列检库、周列检库、运用库、洗车库建筑高度9m，建筑面积18517.72m2，郑州南停车场2个连通场外道路的出入口，停车场内道路设计主干道宽度为7m，次要道路宽度为4m，设计采用沥青路面，总工期912日历天。

2 轻型钢架结构施工方法

为了确保本项目安全质量、工期、成本、利润，必须加强施工前期的技术准备工作，采用何种工艺施工，何种施工方案比较合理，事先必须作充分的调查和分析比较，作出较全面的、系统的、有预见性的决策，选择最优方案，以便比较经济合理地运用人力、物力、资金为后期施工奠定科学的技术管理。根据现场情况决定钢构件实行工厂化制作，采用25吨吊车现场拼装的方式进行施工，施工现场设置预拼装场地和钢结构堆场，地面均进行硬化。

2.1 施工工艺流程

场地三通一平→构件进场→吊装机具进场→主钢构框架吊装→檩条支撑系杆安装→喷涂、防腐工程→屋面系统安装→墙面系统安装→零星构件安装→收尾、验收资料准备→交工验收。

2.2 钢柱吊装、校正、固定

钢柱吊装使用25吨汽车吊单点吊装，用大方木对钢柱底部进行支垫，用一台起重机起吊。设置好吊点后开始起吊作业，25吨汽车吊操作员利用起钩收绳及回转起重臂，缓慢配合进行起吊作业直至把钢柱吊离地面并调直。

钢柱对位就位后，利用汽车吊起重臂回转产生的侧向力对钢柱垂直度进行初调，垂直度≦20mm，安装螺母并拧紧固定钢柱，汽车吊落钩解绳；用测量仪器从两个方向测量、校正；过程中须不断观察柱底和砂浆标高之间是否有空隙，杜绝校正时顶升过度影响水平标高。一待垂直校正完毕，再度紧固地脚螺栓，并塞紧柱子底部四周的木楔垫块。（表1）

2.3 屋面梁吊装

①先根据跨度将短钢梁现场地面组对拼装，采用地面平拼法。屋面梁吊装如图1所示。屋面梁吊装按单榀进行，绑点结合现场实际情况及外部环境影响程度采用两点或多点。绑点与翼缘板之间应用木块垫护防止损坏。徐徐收起钢丝绳或抬起起重臂使钢梁与地面分离且离地距离大于50cm，人工稳住钢梁汽车吊转动起重臂使钢梁与安装位置中心基本吻合时，收起钢丝绳使钢梁升至柱顶以上，人工利用事先设置的缆风绳进行钢梁旋转使其对准柱顶，以使落钩就位。落钩时应缓慢进行对准柱顶预留螺栓穿入钢梁孔内，安装螺母进行初步固定，同时利用仪器或工具进行垂直度校正确认无误后拧紧螺母完成固定安装作业。钢梁垂直度用吊头进行检查，第一榀钢梁调整完成后按临时固定设置，待第二榀钢梁吊装到位后，将两榀钢梁及校正，安装好支撑体系，使用加力扳手或电动扳手终拧固定。

图1 梁吊装示意图

表1钢柱安装允许误差表

②高强度螺栓的连接和固定。

钢梁起吊拼装前应对其拼装相连区域进行检查，清除板材切割加工过程中产生的棱角、飞边、焊渣等，磨擦面应无潮湿且整洁。

高强度螺栓在大六角头上部有规格和螺栓号，按设计图纸一一对应进行安装作业且方向也必须符合，螺栓穿入孔内不得借用外力或破坏预留孔，应自由入孔。

钢构件从拼装到全部完成拼装经全面精调最终固定根据项目大小、结构物大小不同都存在时间差，必然存在高强度螺栓临时连接，在时间及未精调平整构件侧拉力作用下高强度螺栓各项参数均会发生不同程度变化，对结构安全产生影响，因此最终固定高强度螺栓严禁使用安装过程中的固定螺栓，必须进行更换。

为确保连接板与预埋板紧密夹紧，最终固定螺栓应从中部向外、对称进行、分次拧紧，即从各连接点中刚变大的中部位置向中刚变小的外部拧紧。为有效预防预拉力影响连接处的表面涂层及先后拧产生的拉力差，高强度螺栓必须当天完毕终拧且拧紧必须分为初拧和终拧两步实施。对于螺栓数量多的主节点，除上述问题外还需复拧一道，其扭矩与初拧相同，从而保证所有螺栓均符合初扭矩。

施拧及检查所用扭矩扳手在施拧前后均应进行扭矩校正。其扭矩校正误差均应符合相关要求。

精调终拧完成后根据规范要求的频次及范围对高强度螺栓进行扭矩抽查，抽查不合格时若小于规定扭矩及时补拧到规定扭矩，大于规定扭矩的及时更换螺栓，同时增加抽查频次确保结构安全。

高强度螺栓扭矩可用“扭矩法”或“转角法”进行检查，即对待检查螺栓螺杆顶与螺母相连位置划线标记，先使用扳手反方向将螺母拧至70度左右，再使用扭力扳手将螺母拧回划线标记位置读取扭距值，该扭矩值与施工扭距值误差不超过±10%判定为符合要求。扭矩检查应在终拧1h后，48h内完成。

上、下两块螺栓连接板接触面斜度>1/20时必须采用垫圈支垫进行调平。高螺底螺栓孔严禁使用电焊或氧气进行切割，必须冲也或钻孔，并保证孔边光滑无飞边、毛刺，孔位中心线倾斜度≦2mm。

2.4 屋面板安装

本工程结构根据设计，其屋面系统采用钢骨架轻型屋面板屋面。

吊装：使用汽车起重机将屋面板吊放于就近的钢架上。当距离较远无法直接就位时，使用平板车转运至可直接就位区域再进行吊装作业。

调整板缝距离：依据规范要求，板缝宽度为20mm，按规范要求进行板缝宽度调整，板缝宽度偏差≦10mm。板缝允许偏差见表2钢骨架轻型屋面板安装允许偏差表。

表2钢骨架轻型屋面板安装允许偏差表

焊接：安装就位后，根据“钢骨架轻型板试用图集”关于钢骨架轻型板屋面板的连接要求，将板与钢屋架焊劳。焊接等级为三级，其焊缝长度不小于60mm，焊缝高度为4mm，并应保证三点焊接，房屋端部、伸缩缝处及其他类似部位，当焊接困难时，应采取有效措施予以固定。

嵌缝：采用1:8水泥珍珠岩保温砂浆进行嵌缝，且捣固密实。

防水：表面用1厚水泥基复合抗渗涂层进行封闭处理。

2.5 钢结构现场焊接

2.5.1 焊接方法确定

依据钢构件的接头形式及焊接材料特性，本项目焊接采用“半自动CO2气保焊+手工电弧焊”相联合进行。焊前焊后的预热和加热方式由钢板厚决定。红外线测温仪测量控制层温保证焊接质量符合要求。

焊接施工中，随时对钢构件的高程、水平度、垂直度等进行量测。若符合要求继续进行，若不符合要求应立即停止施工，结合实际情况进行整改。常见问题整改处理方式有：焊接顺序的改变和加热校正。

2.5.2 焊前准备

焊接拼装前对各待焊构件进行全面准备工作，包含坡口清理及接头处理等工作。坡口及接头处应先进行除锈工作，可采用钢丝刷、砂纸、角磨机等工具配合人工进行。清理完成后坡口及接头处应表面光洁、平整、无锈蚀。

焊接收缩量在焊接开始前要提前预留到位，可采用专用工具或油压千斤顶等工具进行调整使其符合相关要求。设置完成后使用钢直尺检查拼对间间隙宽度，使用角尺检查错边尺寸，使用焊缝量规检查坡口角度，以上检查项目均否符合要求后完成焊前所有准备工作。

3 轻型钢架结构施工要点

3.1 测量复线

根据土建移交的基准点、基准线放出建筑物的几何轴线，复测各预埋螺栓的位置精度和标高。超差标准需要进行校证或返工，并调整螺母，调到设计标高后固定。

3.2 主结构安装

主结构的安装先从山墙的定位跨开始。定位跨安装时必须拉缆风绳以确保安全，而且有利于定位跨的调整。定位跨主框架安装后再进行方正调整，符合规范要求后再进行下一跨主结构的安装。屋顶梁安装，根据厂房宽度和吊车起吊能力等各方面因素来考虑其拼装程度。有利于安全、提高工作效率，而且更利于安装质量。

柱与梁、梁与梁连接均为钢结构供应商提供的高强螺栓连接。紧固方法为扭矩法（扭力扳手施工），其紧固程序和紧固力依照设计提供的安装标准。

3.3 次结构安装

次结构的安装紧跟主结构之后，主定位结构调整到位后次结构连接件全部拧紧。位于屋檐檩条与屋檐梁通过斜撑连接。在安装墙板时，通过调节斜撑来满足屋檐梁的水平度。围梁安装要保证围梁上的安装冲孔成一直线，以便在安装墙板时确保质量。防风拉杆安装前必须先检查其使用螺母的质量，必要时进行预修整。防风拉杆的距离通过双向可调拉拉杆进行调整，达到设计标准。

3.4 屋面板、墙面板安装

屋面板、墙面板在吊装、驳运时必须采取有效的保护措施保证其不被损坏。安装前所有相关的施工人员都应明确所有待安装板位置所对应的型号、尺寸、数量和方向。屋面板、墙面板安装根据施工图所提供的技术要求，按顺序安装，在调整跨中消除累积误差。

3.5 收边、天沟、落水管安装

墙角内、外收边，山墙和屋檐收边均用拉铆钉连接，收边时保证墙角的垂直，达到美观漂亮。天沟、落水管在现场先拼装，连接处用拉铆钉连接。天沟拼装处防止防水胶的漏涂，安装时需加倍小心，以免损坏墙面板。

3.6 焊接施工要点

采取必要的防风措施，当风速<2m/s时无需进行防护直接焊接，当风速>2m/s时采用气保焊焊接必须增加防风措施且报批，当风速>8m/s时采用手工电弧焊焊接必须增加防风措施且报批。湿度要求，在空气湿度影响下焊接件表面肉眼可见潮湿时必须进行通风或加热除湿，使其干燥以保证焊接质量，焊接施工区域内空气相对湿度>90%时应停止焊接作业。温度要求，当焊接施工区域内温度小于0℃时必须进行母材加热方可进行焊接作业。加热区域为焊接点为基准点，长度方向10cm范围内，宽度方向为施焊构件所用钢材厚度的2倍及以上，加热温度持继≧20℃。

4 检算验算

4.1 抗倾覆验算

汽车起重机在吊装过程中的稳定事关整个安装过程的安全，必须结合现场实际情况进行抗倾覆验算。经查《起重机设计规范》得知：

∑M=KGMG-KQMQ-KWMW≥0

式中KG——自重加权系数，取值1.0；KQ——起升荷载加权系数，取值1.15；KW——风动载加权系数，取值1.0；MG、MQ、MW为汽车起重机自重、起升荷载、风动载对倾覆边的力矩，N·m；42t；Q——起升物重量，（最大构件重量）取8t；W——风动载，按起升荷载的20%考虑；a——汽车起重机重心到支脚倾覆支点的距离，支腿全伸6m，取值3m；R——汽车起重机工作半径，最大取值9m；h——风动载合力点高度。

图2 汽车吊工作时受力简图

故稳定性满足要求。

4.2 承载力验算

汽车起重机工作时出现的最不利的情况为一脚离地，三脚着地受力传递给对应三个支腿承载整台汽车车的重量（含自重和荷重），即：

单个支腿的最大支撑力G1=（G+Q）/3=（42+8）/3=17t

式中：G——汽车起重机自重，取30t；Q——汽车起重机最大荷重（额定荷重），为8t。

汽车起重机对承力点接触处路基的压强应为：

单个支腿最大承载力：f=G1/s=17/0.25=68kPa

式中：s——支点接触点面积，支点垫板尺寸0.5*0.5。

因此，25t汽车起重机工作时接触点处路基承载力≧68kPa，而处理后的路基承载力一般为600kPa左右，故满足承载力要求。

5 结束语

轻型钢架结构在郑州南站城郊铁路二期郑州南停车场房屋结构施工中，针对市区房屋结构施工成本、工期、安全、质量、外型等多方面的要求，通过各环节的精心组织、施工方法选定、结构型式选定实现了各项目标。选用轻型钢架结构减少了材料用量、构件重量节约材料成本和机械成本；减少地基处理工作量既节约成本又缩短工期；工厂化作业保证焊接质量的同时加快了施工进度节约工期；实现了城市发展的人文、历史、自然景观要求。在实际施工过程中采用小吨位吊装设备，通过检算满足要求实现了机械费用减少，地基处理通过验算满足要求实现了工期成本双赢局面，轻型钢架结构在本项目的实践中实现了成本低、工期短、安全压力小、质量高、外型美观、绿色环保等多方面要求，赢得了良好的社会价值、经济收益，为同类施工积累了宝贵经验。