探析高速公路收费站树状管桁架雨棚施工技术

李文杰

(贵州省公路工程集团有限公司)

1 引言

雨篷的作用是遮挡雨水、风雪，保护外门免受雨水的侵害，建造精美的雨棚，不仅能装饰室内外的过渡空间，更加受到人们的亲睐。雨棚在整个建筑行业虽然算不上主要构件，但是部分与整体应该是相得益彰的，而且雨棚若设计或施工的不合格就很可能造成垮塌而伤害人身安全，不仅如此，更可能导致建筑主要部件的损坏，因此，对雨棚的设计与施工有必要引起有关人员的重视，尤其是要把施工技术运用到高速收费站树状管桁架雨棚的施工中。

2 工程实例概况

实例一:某处高速公路收费站树状管桁架雨篷为钢架和网架的结合，面积为2 476 m2，建筑高度为12.28 m。雨棚中间部分为钢架结构，两边部分为网架结构，屋面采用0.475 mm厚彩瓦、采光板和4 mm厚铝塑板吊顶，网架屋面檩条为C型冷弯薄壁型钢，中间部分屋面檩条为方管。基础型式暂定采用天然独立浅基础。

实例二:以银川火车站管桁架雨棚为例，雨篷长456 m宽209 m，整个雨篷造型呈波浪状，建筑面积38 124.95 m2。该雨篷采用单向多跨张弦桁架结构形式，总共有44榀间隔10.5 m。拱梁采用530 mm的钢管。

3 事故调查分析

根据上面两个实例，可以对树状管桁架雨棚的施工技术进行分析，得出一些具体结论，主要有以下几方面。

3.1 树状管桁架雨篷的稳定性设计

为了保障树状管桁架结构雨棚的整体稳定性，使其在设计及施工过程至使用年限内可以安全稳定的工作，这就必须充分考虑影响其稳定性的因素，由以上两实例分析得出:材料的特性、结构计算系数和设计理念是决定树状管桁架雨棚稳定性的三个主要因素。以下就对这三个因素结合实例对树状管桁架雨篷的稳定性进行简要分析。

3.1.1 材料特性

上述两实例都采用了钢作为原材料，原因是钢结构材料中含有炭、硫、磷等元素，其中各元素的含量对钢材的性能影响巨大，选材的初始缺陷可能导致整体稳定性的缺失，例如实例一中需要用到C型冷弯薄壁型钢，这时就要考虑受压构件的初弯曲及残余应力，所以在初始设计时就应该严把选材关，在施工的同时更要时刻注意材料的质量。对材料质量的检验，尤其是钢材的检验应包含对材料合格证的检查和材料的表面质量检查，对材料表面的检查要注意查看有没有生锈、划痕和裂纹的产生。实例一中方管的管材应该检查磷和硫的含量，抗拉及屈服的强度等等以确保整个树状管桁架雨篷的稳定性。

3.1.2 结构计算系数

在实例二中雨篷采用了单向多跨张弦桁架结构形式。因此，计算受压弦杆的长细比就成了计算长度系数的决定性因素。而弦秆与腹杆的线刚比Ix/If次之，当弦杆长细比在100和160之间时，计算长度系数随着受压弦杆长细比的减小而增加，弦杆长细比从160减小到100时，计算长度系数大约增加了28%左右;当弦杆长细比在60和100之间时，计算长度系数随着受压弦杆长细比的减小而减小，弦杆长细比从100减小到60时，计算长度系数大约减小了16%左右，由此说明弦杆长细比对计算长度系数的影响很大，同时也在最大程度上影响了实例二中雨篷的稳定性。

3.1.3 设计理念

实例一中，雨篷采取了钢网相结合的结构，设计必定着重考虑了四叉撑杆和支座节点的设计。而在实例二中采用了单向多跨张弦桁架结构的形式，此形式着重设计了桁架弦杆与每节斜腹杆的交界处。两实例的设计理念都是基于加强树状管桁架雨篷的稳定性而出发的。

3.2 树状管桁架雨棚的制作工艺

以上两实例由于受到公路和铁轨的限制，管桁架只能现场制作，需要现场拼接和焊接，切割，刷漆，最后可根据施工经验选择卧拼安装或竖拼安装。管桁架制作完成之后选择合适的交通工具运输到相应的轴线，在安装时，由于地面没有平整，所以要采取吊篮与脚手架相结合的方式比较好。

4 树状管桁架雨篷施工的具体技术

目前，在高速路收费站树状管桁架雨篷施工上面，形成了一套比较完整的技术理论，有各种各样的施工技术，保证了雨篷的施工质量。

4.1 高空低温环境下焊接技术

当树状管桁架的桁架柱、梁吊装到位后，各个部分的焊接是最关键的，但是，在北方的冬季施工，不仅温度低环境湿度也大，而且为了尽早完工导致夜间的作业时间拉长，这些外界因素使得焊接条件恶劣，再加上焊接作业时间短工作量大，更加使得雨篷建设举步维艰。焊接工作主要是空中大直径厚壁管的对接，技术人员通过对焊接工艺的试验，最终确立了一套符合高空低温环境下建造树状管桁架雨篷的施工技术，保证了焊接的质量。由于在正常的焊接条件下，不允许产生由硬化而导致淬火裂纹，故钢材中的碳和其它几种合金元素不能超过下述极值。

表1 钢材中各元素的极限含量

4.2 钢管相贯切割与组焊技术

树状管桁架的桁架梁与柱的弦杆腹杆组焊过程中焊接工作量是非常大的，焊接变形程度也非常大，通过制订合理的焊接工艺程序，选用如CO2气保焊机等，可有效的控制焊接变形。在雨篷的桁架施工中直接采用了三位数控技术，确保了各个相贯接口的形态质量，不仅有效的提高了施工速度，更能使尺寸偏差控制在合理范围之内。对于过热区的焊接热循环，如图1所示。

图1 过热区焊接热循环示意图

4.3 钢管桁架结构施工工艺研究

雨篷的设计通过对桁架结构的研究，形成了一套完整科学的桁架结构工艺方法，不仅对完善了树状管桁架的结构施工技术更可以为有条理的组织雨篷施工起正确的指导作用。这些工艺不仅保证了管桁架雨篷的质量、降低了造价更缩短了工期。

4.4 大型构件吊装技术

管桁架雨棚是多个专业同期施工的，而且吊装只能在特殊的时间进行如夜间停点或道路封锁的时候，根据这一实际情况整个施工的队伍通过对各个方案的比对与筛选最终确立了大型构件的吊装方案，再根据确立的方案编制合理的吊装程序，从而制定了一套桁架柱和桁架梁的吊装工艺技术，使得吊装构建能够拼装准确到位，从而保证了树状管桁架雨篷的质量，也为高速公路收费站建立树状管桁架雨篷提供了大型构件吊装技术的参考。

5 雨篷施工小结

根据本文中的实例，再结合事故调查分析，现对雨篷施工进行小结。现在阳台、雨篷悬挑越做越大，而对抗倾覆重视不够，施工中随意加大出挑长度，造成一旦加上荷载，阳台、雨篷整体翻落，甚至有的在施工过程中，一拆模就整体破坏了。常见雨篷质量事故主要体现在以下方面:抗倾覆不够，阳台、雨篷整体破坏。钢筋位置错误，特别是挑板的阳台及雨篷。拆模过早，混凝土未达到足够强度。因此要加强抗倾覆计算，对于设计图纸中的悬挑长度不能随意加大，要加大应由专业人员调整。加强施工监督，增加支撑马扎数量及刚度，保证板钢筋位置。

6 结语

通过以上两个实例的探析可以大致总结出高速路收费站树状管桁架雨棚的施工技术，首先要非常重视雨篷的稳定性，在选材，计算结构系数，设计理念方面加以控制，其次要注意精确计算各项指标系数，管桁架的制作和运输。最后要注意创新技术的运用，如高空低温环境下焊接技术的运用，钢管相贯切割与组焊技术，钢管桁架结构施工工艺研究，大型构件吊装技术。把以上施工技术运用到高速路收费站树状管桁架的建设中就能使整个工程处于一个较高的水平状态。

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