地铁车站出入口钢雨棚装配式施工技术

祝 轲

大量城市地铁建设项目中，钢结构雨棚应用变得愈发广泛。城市轨道交通存在客流量大、干扰多的特点[1]。地铁车站出入口雨棚的建设数量庞大，而传统的地铁出入口雨棚施工周期长，粉尘、噪音污染严重。当今，装配式建筑的应用越来越广泛，且具有节约人力物力资源、施工精度可靠、结构质量良好、施工周期较短等优点[2]。采用地铁出入口钢雨棚装配式施工技术，并通过工程实践已经取得了较好的效果，将地铁车站出入口钢雨棚装配式施工技术做了总结，以期为后续相关工程施工提供借鉴。

1 工程背景

在传统施工技术中，地铁车站出入口雨棚通常是现场施工建造。对附近地面交通干扰大，钢构件地面拼装时需要较大的场地，且费用高，工期长[3]。这种传统的施工技术受到施工周期、天气条件、施工现场管理等复杂等问题的限制，而装配式施工技术在地铁车站出入口雨棚的建设中具有快速施工、减少现场作业、质量可有效控制等优点。

然而，该技术也存在实施难度：第1，设计和工程配合。装配式施工需要提前进行详细的设计和规划，确保构件的准确性和一致性。与传统施工方法不同，装配式施工需要工程的各个参与方进行更密的切协作配合；第2，运输和安装。预制构件的运输和安装需要考虑到尺寸、重量和特殊要求。有时可能需要专用的运输设备和机械进行安装，增加了难度和成本；第3，技术要求和培训。装配式施工需要具备相关的技术知识和操作技能。施工人员可能需要接受专门的培训，以掌握装配式施工技术。

尽管装配式施工技术在地铁车站出入口雨棚建设中具有一些实施难度，但由于其快速施工、质量控制和减少现场工作等优点，越来越多的地铁项目选择采用这种技术。本文技术依托深圳市岗厦北交通枢纽站出入口钢雨棚项目，该出入口钢雨棚长14.6 m，宽6.3 m，高2.8 m。在实施过程中需考虑单元划分、受力分析、材料加工、材料运输、现场拼装等施工因素。

2 地铁车站出入口钢雨棚装配式施工技术

钢雨棚装配式技术有2 种安装方式⸺整体加工和吊装；分段加工和吊装。整体加工和吊装的方式存在会受到超宽、超高和现场施工空间狭小限制等问题，且整体加工和吊装方式所涉及的材料多，预制的工序多，组装工艺复杂。整体装配时容易出现定位不准、尺寸误差等情况，致使施工质量差、增加施工周期、使用寿命短的问题。分段加工和吊装的方式由于分解处理了原本过宽、过高的雨棚，可以规避施工空间狭小问题，且分段加工、分段吊装的方式受出入口截面大小、空间位置及施工能力等相关制约较小，施工更加灵活。

2.1 单元板块划分

根据地铁车站出入口钢雨棚特点，现场实际施工条件，钢结构加工限制等因素，将钢雨棚划分为后端单元板块、第1 侧面单元板块、第2 侧面单元板块、顶面单元板块，由于顶面加工成1 个单元板块超宽，因此需将顶面加工成3 个单元板块，这样将分成6 个单元板块。在设计优化过程中应进行编号排列[3]。有效解决了单元板块运输超宽超高的问题，也解决了现场狭小无法整体吊装的问题，单元板块在工厂加工拼装并涂装完成后，运输到现场进行就位拼装，减少现场焊接和涂装，施工质量得到保证。在吊装构件的时候，应当防止其发生变形，这便需要对构件各部位的受力情况进行详细计算[4]。

2.1.1 顶部单元板块受力分析

出入口钢雨棚顶部受力的划分原则是根据其组成形式进行划分，并需进行受力分析得出。钢雨棚顶部由主梁和次梁组成，连接方式为焊接。主梁截面（长、宽、厚）为200 mm×200 mm×8 mm，及200 mm×100 mm×8 mm的矩形空心管；次梁截面（长、宽、厚）为200 mm×100 mm×8 mm，及100 mm×100 mm×8 mm的矩形空心管；钢材均采用Q235B 钢材，钢材密度为7850 kg/m3，弹性模量为2.06×104 N/mm2，泊松比为0.3；钢材本构关系考虑屈服后材料硬化所以采用双折线模型。为了使求解的结果更接近实际情况，模型采用固体Solid 单元。根据便于安装运输的要求，首先将雨棚顶面划分为3 个单元，其中单元一为悬挑，单元二、三为非悬挑，悬挑模型如图1 所示。

图1 ANSYS 软件中创建钢雨棚单元模型（来源：作者自绘）

2.1.2 对划分单元板块吊装受力和变形分析

网格划分见图1，其中主、次梁网格尺寸为20 mm。为了保证现场吊装的安全和控制变形采用四点吊，吊点位置选在次梁的4 个角上，因此有限元模型中边界条件将吊点设置完全固结，如图2 所示（即构件在x、y、z任意方向均不发生相对位移与转动）。

图2 钢雨棚吊装点约束施加（来源：作者自绘）

2.1.3 单元板块重力荷载作用分析

钢雨棚在吊装的过程中只受到重力载荷，即为钢雨棚的自重荷载，在ANSYS 软件中直接添加重力加速度，选择竖直向下为正方向，ANSYS 将自动的转化成钢雨棚的自重，如图2 中的A 所示。创建作业并提交，即可算出钢雨棚在施工阶段自重荷载作用下的受力变形图，计算结果如图3 所示。变形分析从图3 中可以看出单元的最大变形分别为0.607 mm，重力荷载作用下钢材横梁挠度限值为：df，lim=横梁长度L/400=6801/400=17.002 mm，钢材横梁挠度限值远大于设计计算值的0.607 mm，因此钢架梁变形在规定范围之内，满足变形要求。根据受力分析可以计算得出，单元的最大支座反力分别为5507.2 N；由图4 可知单元钢架梁在施工阶段所受最大切应力发生在次梁和主梁固结处分别为43.851 MPa。

图3 吊装单元重力荷载变形（来源：作者自绘）

图4 吊装单元的最大剪力图（来源：作者自绘）

参照《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）中4.4.5 条款规定Q235钢材角焊最大许用设计强度为160 MPa 大于43.851 MPa；因此钢架梁满足承载能力满足要求。

2.2 单元板块加工要求

钢结构地铁车站出入口钢结构雨棚的材料材质应符合国家相关标准规定，具有高强度、耐腐蚀、抗震性能好等特点。常用的钢材材质有Q235、Q355 等。同时，在环保方面也应注意选择符合国家要求的材料。加工精度应按国家标准规定进行生产和制造，包括钢结构中零件的加工精度、尺寸精度和加工表面质量等方面，要求达到国家标准规定的相关技术指标。

钢结构雨棚的加工制造过程中，变形控制是非常重要的方面，包括焊接、预拼装和运输等环节都需要注意控制变形。因此，应采用先进的预处理工艺和正确的焊接方法，确保结构件内部应力均匀、变形控制。

在工厂进行单元板块加工及预拼装，除锈防腐完成后，运输到施工现场进行装配化组装如图5 所示，图中序号1 ～6 为安装顺序。并用BIM 技术进行模拟施工，各单元板块装配化组装时，后端横梁和顶面横梁为对应面的横梁，第1 侧面纵梁、第2 侧面纵梁和顶面纵梁为对应面的纵梁，且雨棚侧面和雨棚顶面之间的第1 交接纵梁划分给第1 侧面单元板块，雨棚侧面和雨棚顶面之间的第2 交接纵梁划分给第2 单元板块，雨棚顶面和雨棚后端面之间的交接横梁划分给后端单元板块，能够减少顶面单元板块的重量，便于吊装；后端立柱、第1 侧面立柱、第2 侧面立柱是位于对应面的立柱，且雨棚侧面和雨棚后端面之间的第1 交接立柱划分给第1 侧面单元板块，雨棚侧面和雨棚后端面之间的第2 交接立柱划分给第2 侧面单元板块，能够保证第1 侧面单元板块和第1 侧面单元板块吊装后的稳定性，有利于后期顶面单元板块的吊装稳定。

图5 装配化组装顺序及单元划分BIM 模型（来源：作者自绘）

在生产过程中，其堆放和运输工作也非常重要。在堆放过程中要正确使用支撑，避免结构件变形。在运输过程中，要选择合适的运输车辆，对结构件进行固定和防护，避免产生撞击和磨损等影响。

2.3 现场装配技术及要点

2.3.1 吊装前准备

首先需进行场地清理与铺设道路，本案例地铁车站出入口钢雨棚主要采用一台25T 汽车吊进行钢构的安装。材料进场后应水平放置，有条件的情况下需要垫木方，避免变形，为保证吊装正常进行，应对材料进行验收，主要是对构件的焊缝、尺寸以及厚度等进行检验。最后根据图纸图及水准点交接单，对定位点平面位置及坐标以及水准基点的高程进行复核。进行试吊，吊起一端高度10 ～20 cm时暂停起吊，检查索具是否牢固[5]。

2.3.2 钢雨棚的吊装

后端单元板块安装：将后端单元板块吊装至雨棚基础后端的指定位置，并与后端立柱底部基础临时焊接，因后端单元板块比两侧的单元板块更小，优先吊装较小的后端单元板块便于安装、调整和固定，保证两个方向的垂直精度。后端单元板块吊装就位后，对平面外内垂直校准，斜撑固定，再进行下一个单元板块吊装。

侧面单元板块安装：后端单元板块定位后将侧面单元板块吊装至基础上的指定位置，并将立柱底部与基础临时焊接同时对平面外内垂直校准，斜撑固定，垂直度满足要求后，再进行横梁的焊接。

2.3.3 安装雨棚的施工平台

为便于顶棚和单元板块施工，在两侧板块吊装就位并临时固定稳定后安装施工平台。如图6 所示，在第一侧面单元板块侧面立柱的中部搭设沿地铁出入口纵向设置的导轨，并在第二侧面单元板块侧面立柱的中部搭设沿地铁出入口纵向设置的导轨。2 个导轨等高设置；操作底部两侧的滚轮分别放置在两侧导轨中，使操作平台能够沿地铁出入口纵向移动，施工人员能够随操作平台的移动对雨棚不同位置进行施工，无需像满堂脚手架那样需要占据地铁出入口的所有空间，结构简单，可满足对雨棚的全面施工，安装方便并能够重复使用。且滚轮上设有锁定结构，当施工人员在操作平台上作业时，能够锁定滚轮，避免滚轮滑动，保证施工人员的安全。此外，导轨的高度超过栏杆和电扶梯扶手高度，使得施工人员在操作平台上作业时，平台下方的专业设施能够平行作业，提高施工效率，缩短工期。

图6 施工平台安装完成图（来源：作者自绘）

2.3.4 顶面单元板块安装

将顶面单元板块吊装至指定高度，顶面单元板块横梁对准测量立柱横梁位置，校准定位，无误后进行焊接固定。各单元板块安装完成后对整个钢结构侧面、顶面平整度、垂直度进行检测核验，无误后进行满焊，以保证最终质量。

2.3.5 雨棚墙顶面装饰施工

钢结构雨棚机电、装修安装采用了移动施工平台安装，可以重复利用，拆装快速，移动平台的使用方便钢雨棚装修施工和机电安装施工，不影响楼梯装修施工、扶梯安装调试和栏杆安装，出入通道畅通，且不受雨季等季节性施工的影响。吊顶铝板装饰施工方便、工期短、工效高、交叉施工影响小。

3 结语

本文地铁车站出入口钢雨棚装配式施工技术，采用移动施工平台安装，对交叉施工干扰小，可缩短施工周期，安全隐患小，解决了传统地铁车站出入口雨棚施工面临的环境、安全、造价等问题，实现了地铁车站施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，同时降低了成本，形成新型地铁车站装修工程装配式的施工技术。

本文研究成果除了可以直接用于依托工程的建造，并已经取得了1 项发明专利：《一种地铁车站出入口的雨棚的施工方法》（ZL 202110395091.3），1 项 实 用新型专利：《一种用于地铁出入口雨棚施工的移动式施工平台》（ZL 202120753281.3），在其他相类似的地铁车站出入口施工中也得到了广泛推广应用。