捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法

《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》是中鐵城建集團有限公司完成的建築類施工工法。完成人是代鑫、呂慶東、商成劍、唐寅龍、龐碩。該工法適用於各主體工程領域。

《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》主要特點是：通過使用BIM技術對雙曲面扭轉鋼結構構件分段尺寸類型進行設計，利用Tesla Structures和CAD等軟體提供組合拱結構整體三維模型；通過採用分段、對稱安裝施工工藝；雙曲面扭轉鋼結構拼裝、鋼筋混凝土基礎連線的控制措施；通過先進儀器進行動態跟蹤監測技術，保證安裝質量。

2021年11月5日，《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》被評定為湖南省2020年度工程建設省級工法。

基本介紹

• 中文名：捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法
• 工法編號：HNJSGF141-2020
• 完成單位：中鐵城建集團有限公司
• 完成人：代鑫、呂慶東、商成劍、唐寅龍、龐碩
• 主要榮譽：湖南省2020年度工程建設省級工法
• 審批單位：湖南省住房和城鄉建設廳

形成原因

隨著城市軌道交通建設的發展，傳統的建築主體設計已經被各種各樣靈活多變的雙曲面扭轉鋼結構所代替，各種形式的弧形、雙曲面扭轉梁不斷湧現，為其施工帶來了一定的難度。中建五局土木工程有限公司結合成都捷運5號線工程捷運高架橋站鋼結構屋面，完成了《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》。

工法特點

《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》具有以下特點：

1.雙曲面扭轉鋼結構套用技術。通過使用BIM技術對雙曲面扭轉鋼結構構件分段尺寸類型進行設計，利用Tesla Structures和CAD等軟體提供組合拱結構整體三維模型，充分利用優質鋼結構廠家加工減少焊接點和現場場地資源安裝施工，確保了雙曲面扭轉鋼結構加工安裝質量。

2.雙曲面扭轉鋼結構高空拼裝控制技術，通過採用分段、對稱安裝施工工藝，既保證了雙曲面扭轉鋼結構質量，又保證了雙曲面扭轉梁弧形梁觀感效果。

3.雙曲面扭轉鋼結構拼裝、鋼筋混凝土基礎連線的控制措施，通過雙曲面扭轉鋼柱牛腿部位採用地腳螺栓預連線及臨時支撐平台，解決了安裝雙曲面扭轉鋼結構柱支撐穩定性安裝質量問題。

4.雙曲面扭轉鋼結構安裝監測技術。通過先進儀器進行動態跟蹤監測技術，保證了安裝質量。

操作原理

適用範圍

《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》技術要求高，施工難度大，適用於各主體工程領域。

技術理論

《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》的工藝原理是：捷運高架橋站台層屋面主體結構採用雙曲面扭轉鋼柱+雙曲面扭轉箱梁+檁條結構組合焊接形式，通過採用BIM技術對雙曲面扭轉鋼結構構件分段尺寸類型進行設計，利用Tesla Structures和CAD等軟體提供組合拱結構整體三維模型，利用優質鋼結構廠家加工資源、現場採用臨時支撐、動態跟蹤監測技術等確保了雙曲面扭轉鋼結構屋面安裝質量。

工藝流程

《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

• 工藝程圖

鋼結構方案選擇→雙曲面扭轉鋼結構加工→操作平台搭設→雙曲面扭轉鋼柱安裝→雙曲面扭轉鋼箱梁安裝→檁條安裝→焊接驗收及補漆、防火塗料和面漆。

• 施工工藝操作要點

鋼結構方案選擇

例：成都捷運5號線工程工期緊，雙曲面扭轉鋼結構梁施工難度大，項目部通過綜合比較廠家定型成品加工雙曲面扭轉鋼結構構件，採用雙曲面扭轉鋼結構施工方便，速度快，可縮短施工工期，可減少成本投入，確保車站的整體美觀性，最終採用雙曲面扭轉鋼結構進行施工。

雙曲面扭轉鋼結構加工

成都捷運5號線工程高架站屋面系統主鋼部分採用雙曲面扭轉鋼構件，構件直線長度控制約8米左右，彎扭箱體材質為Q345B，根據雙曲面扭轉鋼構件施工中的各種荷載，進行荷載組合，並按照《鋼結構設計規範》GB50017-2017相關要求進行計算及驗算，確定雙曲面扭轉鋼構件大跨度間距，並經過組織專家論證後實施。雙曲面扭轉箱型柱截面尺寸採用600x320x25x25毫米，雙曲面扭轉箱型梁截面尺寸採用600x320x18x18毫米。連梁採用250x250x5毫米箱型鋼樑，檁條採用250x150x4毫米鋼樑。

取典型雙曲面扭轉彎扭構件的模型如下圖所示。

圖1 模型俯視圖

圖2 模型側視圖

圖3 雙面扭轉鋼結構車站整體模型圖

1.加工前，利用雙曲面扭轉鋼結構構件採用BIM技術的作用機理，利用Tesla Structures和CAD等軟體提供組合拱結構整體三維模型，選定優質鋼結構廠家加工。

2.加工雙曲面扭轉鋼構件箱體、牛腿的裝配及內隔板定位尺寸的控制，根據雙曲面扭轉鋼結構設計原則的規定，構件在裝配圖中必須平整，如圖4所示A、B、C在同一水平面上，如此，則構件在進行裝配時的擺放形式如圖紙基本相同。

圖4 構件擺放圖

採取這種類型的組件不能實現裝配式，只能在鋼結構加工生產廠家裝配車間採用人工進行組合裝、採取胎架形式進行組立。架體應該滿足剛性要求，同時確保具有局部調整功能；應根據構件的重量選擇合適的柱或梁。廠家藉助電腦軟體模擬，雙曲面扭轉鋼構件實際加工圖流程如下：

3.詳圖深化設計，它主要是根據建築圖紙建立準確的模型，對施工細節進行處理，對構件定位、結構完整性等要素進行建模，在建模過程中，將進一步驗證和修正，同時要確保雙曲面。

圖15 現場場地圖

雙曲面扭轉鋼柱安裝

雙曲面扭轉鋼柱基礎下部混凝土牛腿結構之間，通過採用預埋地腳螺栓連線加纜風繩及剛性臨時固定方式，解決了雙曲面扭轉鋼柱和下部混凝土牛腿結構安裝困難的問題。

圖16 雙曲面扭轉鋼柱吊裝示意圖

圖17 雙曲面扭轉鋼柱安裝定點陣圖

雙曲面扭轉鋼箱梁安裝

雙曲面扭轉箱型鋼樑安裝吊裝指定位置後，雙曲面扭轉鋼柱和箱型主鋼樑要在空中組拼焊接。通過通過分段、對稱安裝施工工藝及利用儀器位移測量監測，保證了安裝質量。

圖18 雙曲面扭轉鋼箱梁分段示意圖

圖19 雙曲面扭轉鋼箱型梁安裝圖

圖20 雙曲面扭轉鋼箱型梁現場實際安裝圖

檁條安裝

根據現場實際勘察和圖紙中桿件的關聯順序，雙曲面扭轉主鋼結構完成焊接、螺栓緊固後安裝屋面檁條。屋面檁條為方管，檁條成捆吊裝至站台板，然後散包，分別擺放至其屋面安裝位置下方的站台板上，然後工人在屋面採用提升設備抬吊安裝。

圖21 檁條安裝完示意圖

雙曲面扭轉鋼結構安裝

焊接質量驗收後，要進行拼接表面破損部位補刷防火塗料和面漆。

圖22 雙曲面扭轉鋼結構最終完成圖

材料設備

《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》對材料設備要求如表1所示：

質量控制

施工企業採用《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》施工時，應遵循的質量控制要求如下：

1.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構所用材料的品種、規格、性能和等級要符合《鋼結構設計規範》GB50017-2017的規定。

2.鋼材切割面或剪下面應無裂紋、夾渣、分層和大於1毫米的缺棱。

3.鋼材氣割或機械剪下的零件，需要進行邊緣加工時，其刨削量不應小於2毫米。

4.制孔；A、B級螺栓孔（Ⅰ類孔）應具有H12的精度，孔壁表面粗糙度R。不應大於12.5毫米。其孔徑的允許偏差應符合下表的要求。

C級螺栓孔（Ⅱ類孔），孔壁表面粗糙度Ra不應大於25微米。

高強螺栓的施工嚴格按照規範要求，進行初擰、終擰，並進行抽檢、試驗。

5.端部銑平及安裝焊縫坡口，端部銑平的允許偏差應符合下表的要求。

6.鋼構件外形尺寸鋼構件外形尺寸主控項目的允許偏差應符合表4的規定。

7.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構加工出廠所用的造型、防火、防鏽漆、顏色要符合《建築設計防火規範》GB 50016-2014 設計要求。

8.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構塗裝前鋼構件表面除銹應符《塗裝前鋼材表面鏽蝕等級和除銹等級》GB-8923標準的規定。

9.塗雙曲面扭轉鋼結料、塗裝遍數、塗層厚度均應符合設計要求。每遍塗層乾漆膜厚度的允許偏差為-5微米。

10.鋼柱安裝的位置偏差及垂直度偏差的控制：根據鋼結構工程施工質量驗收規範要求，如下表所示：

該工程柱基準點標高選用“無吊車梁的柱”的標準“+5.0；-8.0（毫米）”；

“彎曲矢高”的標準“8.3毫米”；

“柱軸線垂直度”的標準“10毫米”

11.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構空中安裝拼裝焊接質量應符合《鋼結構焊接規範》GB50661-2011要求。

12.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構材料的運輸、放置，施工中都要按照保護方案措施實行，應防止碰損表面、壓損變形、太陽照射，以及涉及到其他專業施工過程中對其造成的破壞。

13.應注意的質量問題

①捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結鋼柱安裝位置偏差大；其主要原因在柱身上未用墨盒測放出十字中心線並在柱頂和柱底適當部位用白色或紅色油漆標出中心標記，以便就位對中和校正鋼柱垂直偏差用。

②捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結拼接焊縫無損檢測測試不合格：施工焊接前焊接區沒有保持乾燥（有油污、銹）、焊接區域內風速過大、焊接區域的（破口、間隙）等處未採取處理措施、焊條有油污。安裝施工前應通過多次加強檢查來進行處理。

③捷運高架橋雙曲面扭轉站鋼結拼接要合理安排好工桿件順序，在桿件彈線的同時，應按照施工圖，核對桿件上的編號標記，如不齊全、不明顯的，應加以補編，不易判別方向的應在桿件上加以標明，以免裝錯。

④鋼結構安裝構件的垂直度偏差、標高偏差、位置偏差。要用測量儀器跟蹤安裝施工全過程。所有檢測器具必須使用經檢查合格的計量器具。

安全措施

施工企業採用《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.所有施工人員必須嚴格遵守施工現場有關安全施工的規定。

2.施工人員應培訓合格後方可操作（特殊工種應培訓合格後取得證書），操作人員必須精心操作，聽從指揮。

3.所有選用機具、工具必須嚴格檢查，不合格產品嚴禁使用。

4.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構作業時應按有關規定做好防護措施，做好防高空墜落物、防火措施。

5.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構作業區域應設定防護警戒帶封閉。

6.大型機械進場必須認真檢查機械設備的性能是否完好，有檢查記錄、產品合格證、或法定檢驗檢測合格證，進場機械設備或者委託具有相應資質的檢驗檢測使用單位和監理單位共同驗收，合格後方可使用。

7.大型機械設備持有證上崗人員操作，實行定人、定機、定崗制度，人員必須身體健康，並按規定經過安全技術培訓，取得操作證後，方可操作。

環保措施

施工企業採用《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》施工時，應採取的環保措施是：

1.所有施工人員必須嚴格遵守施工現場有關安全的規定。

2.現場的設備和機具及材料等堆放整齊，做到文明施工。

3.捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構施工後應及時清理現場的遺留的工器具。

4.施工現場設立專門的廢棄物臨時貯存場地，廢棄物應分類存放，對有可能造成二次污染的廢棄物必須單獨貯存、設定安全防範措施且有醒目標識，避免出現空氣油漆味。

效益分析

中鐵城建集團有限公司採用《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》施工，獲得了良好的社會效益、經濟效益和環保效益。

• 社會效益

該工法經過技術的創新突破，既保障了捷運高架橋站雙曲面鋼結構屋面的穩定性，又使屋面鋼結構整體安全性、耐久性、美觀性效果達到設計要求，保證了整體的安全、舒適要求。創新深化設計後的捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構安裝施工技術，工程質量有保證，社會效益好。

• 經濟效益

常規的捷運高架橋站混凝土結構過程中，施工周期長，上下工序間隔時間長、整個使用空間效果不理想。該工藝施工技術整體穩定性、耐久性能、安裝質量得以保障，安裝速度快，節約了時間成本，經濟效益顯著。主要體現在成果套用後的施工成本節支，包括人工費、管理費。其經濟效益情況分析如下：管理費節約成本約10萬元，工人施工階段節省100萬元，其他成本減少8萬元，以上總計節約施工成本約118萬元左右。

• 環保效益

捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構施工工法技術降低了安裝施工周期，安裝工藝受環境影響較小，安裝過程中對周圍環境影響很小。

註：施工費用以2018—2019年施工材料價格計算

套用實例

中鐵城建集團有限公司採用《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》在成都軌道交通5號線裝修工程中得到了成功套用。該工程中，地上車站站台層屋面均採用了捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構施工工法，質量驗收全部合格，效果良好，在保證施工質量的同時，也加快了施工進度。對於在軌道交通捷運車站建設工程中推廣使用捷運高架橋站雙曲面扭轉鋼結構施工工法，取得了良好的經濟效益和社會效益，可為以後類似施工提供借鑑和指導。

榮譽表彰

2021年11月5日，湖南省住房和城鄉建設廳以湘建科〔2021〕206號檔案發布《關於公布湖南省2020年度工程建設省級工法名單的通知》，《捷運高架橋站屋面雙曲面扭轉鋼結構安裝施工工法》被評定為湖南省2020年度工程建設省級工法。