地铁高架桥站屋面钢结构安装及装饰施工技术

1 工程概况

成都地铁5号线北段设置5座高架站，自北向南分别为华桂路站、柏水场站、廖家湾站、北部商贸城站和幸福桥站。车站整体造型独特，屋面钢结构采用椭圆形截面设计，通过双曲面扭转钢钢柱结合双曲面扭转箱梁作为屋面结构主体，配合檩条结构组合焊接，外部铺砖铝镁锰板结合镂空雕花铝板的装饰形式形成独特的设计造型，实现整条线路“一站一景”的设计理念。

2 屋面双曲面扭转钢结构安装

2.1 结构深化设计

为满足灵活多变的造型要求，车站屋盖主体结构造型采用双曲面扭转钢结构形式作为主体支撑。但采用双曲面扭转钢结构形式给结构零件的加工和现场的安装带来了一定的难度。

在工程前期，通过Tekla Structures、Revit等软件根据前期建筑图纸建立准确的数字化模型，通过建模、深化、拆分，对三维模型进行精细分解和模拟，将整体构件拆分成多段能够满足运输和现场安装的结构零件，通过数据模型将三维模型转化为加工模型的形式，对钢结构整体进行分解，深化形成可供加工和安装的结构形式。在双曲面扭转钢构件的深化过程中，除了要满足原有设计造型外，还需验证分析结构整体的受力情况。通过模拟和分析最终确定组合拱结构整体效果。双曲面扭转钢结构车站整体模型如图1所示。

      

图1?双曲面扭转钢结构车站整体模型

经过深化，按照GB?50017—2017《钢结构设计规范》中的相关要求进行验算，并经过专家进行论证，最终确定本工程中双曲面扭转箱形柱截面尺寸为600?mm×320?mm×25?mm×25?mm，双曲面扭转箱形梁截面尺寸为600?mm×320?mm×18?mm×18?mm；连梁为250?mm×250?mm×5?mm箱形钢梁，檩条为250?mm× 150?mm×4?mm钢梁，整体材质采用Q345B型钢材。

2.2?双曲面钢结构加工

在结构深化设计完成后，零件生产对于结构的整体强度和成型效果起着至关重要的作用。由于整体工期较短，钢结构屋面施工受前期车站土建结构安装影响，且对后期站后工程工期有限制性要求，通过前期的深化设计，综合选取技术较成熟的钢结构生产厂家，结合工期安排按照安装顺序逐个生产零件，分批次运输和安装，大幅缩短了工期，减少了施工投入，确保了车站整体的施工进度。

双曲面扭转钢构件的钢托座、箱体等构件在加工的过程中，由于相关设计原则的规定，构件在装配图中必须平整。钢结构零件装配放置示意如图2所示，其中A、B、C需在同一水平面上，这样在加工过程中就需要构件的摆放形式与图纸一致。

      

图2?钢结构零件装配放置示意

采取此方式加工，无法实现全装配式加工，只能利用人工采取胎架形式进行钢结构组立。这样对胎架架体就有了相应的刚性要求，并应同时保证具有局部调整的功能。通过利用对加工模型进行模拟，在计算机模型中确定组装平台控制点，并将相关控制点在实际操作平台上进行测量放样，形成零件实际的加工控制点。利用模拟的胎架模型所计算出的相关数据，对应完成实际车间胎架的放置。

2.3?钢结构现场安装

2.3.1?施工准备

（1）在钢结构安装开始前，对施工现场根据选用起重机型号对起重机支设场地进行平整硬化，以保证起重机在吊装过程中的稳定性。

（2）在车站站台层设置临时性支撑钢柱和缆风绳锚点，确保在双曲面扭转钢柱在安装过程中能够具有稳定且可靠的支撑。

2.3.2?结构安装

钢结构整体安装流程：双曲面扭转钢柱安装→双曲面扭转钢梁箱形钢梁安装→焊缝探伤→檩条及天沟安装→氟碳漆喷涂。

（1）双曲面扭转钢柱安装。钢结构整体安装就位在混凝钢托座上，通过在混凝土结构施工时预埋的地脚螺栓连接。在钢柱安装的过程中，利用移动汽车式起重机将双曲面扭转钢结构钢柱就位，通过设置临时支撑钢柱和缆风绳的方式，进而解决双曲面钢柱和下部混凝土结构安装过程中的支撑问题，钢柱临时支撑示意如图3所示。

      

图3?钢柱临时支撑示意

在钢柱安装的过程中，通过前期的施工模拟确定施工顺序，依次将钢柱进行就位，并通过螺栓将零件与钢托座预埋的地脚螺栓进行固定。

（2）双曲面扭转箱形钢梁安装。在完成3~4组钢柱安装后，可根据施工进度安排组织对钢箱梁进行安装。

双曲面扭转箱形钢梁的安装需将钢梁吊装就位后将钢梁与钢柱在空中进行组拼焊接。并通过分段、对称安装施工的工艺，利用激光位移传感器和测量仪器进行位移测量，以确保钢梁安装定位准确。

在双曲面扭转箱形钢梁焊接完毕后，间隔24?h进行探伤检查。在探伤检查前应通过观察以检查钢结构焊缝的外观，确保焊接外观成型良好、焊缝规整，无严重影响焊接质量的外观问题。选用X射线探伤检测仪对钢结构焊缝进行探伤检测，确保焊缝中无气孔、夹渣、裂缝等现象。

（3）檩条及天沟安装。为保证钢结构屋面整体性，在钢梁间设置檩条。根据现场实际勘测和设计图纸中杆件的关联顺序。在主钢结构焊接完成以及螺栓紧固后安装屋面檩条构件。

施工前，将加工完成的檩条分散搬运至站台层安装投影对应位置，再利用移动汽车式起重机竖向就位，安装人员利用高空作业车以螺栓连接的方式将其安装就位，最终形成相对稳定的整体结构体系。

为利用屋面结构排水，在沿列车运行方向设置2道天沟，用于安装车站屋面排水系统，天沟的安装方式同檩条安装类似，利用移动汽车式起重机将构件吊运到位，安装人员以焊接和螺栓连接的方式将其与主结构进行连接。

（4）防火涂料喷涂。全面结构构件安装完毕后，对结构焊缝进行打磨处理，并对构件上轻微锈蚀和磕碰处进行打磨，完成打磨后喷涂一层防锈漆。对整体外观进行检查后，最终喷涂相应颜色的防火涂料。

3?钢结构屋面装饰系统安装

3.1?屋面装饰系统设计

主要结构安装完成后，需对车站屋面整体进行装饰系统的安装，根据设计要求，成都地铁5号线高架站屋面系统采用1.0?mm铝镁锰板+100?mm?16?kg/m3 玻璃丝棉+铝箔彩钢板作为金属屋面。

利用定型铝单板摘钢柱、天沟及端头等部位形成装饰效果，在屋面上利用铝单板形成假梁效果，采用250?mm×150?mm×2?mm铝方通作为格栅造型，在主梁间按照镂空雕花铝板配合外立面进行装饰。

3.2?屋面装饰系统安装

（1）安装流程：放线就位→底板及面板安装→屋面假梁支架制作焊接→屋面假梁安装→铝单板安 装→装饰雕花安装。

（2）底板及面板安装。屋面系统先安装0.46?mm厚压型钢板，整体完成铺设后，安装“几”字形型材对其进行固定压实，并将玻璃棉整卷吊装至屋面进行散铺，最后再铺设一层防水透气膜以保证屋面的整体 防水效果。

待下层作法完成后，将加工好的屋面铝镁锰板吊装至屋面就位利用咬边机进行安装咬边。在屋面檐口端头处，用专业夹具，将其板面向上翻起约45?°，以保证檐口部位雨水向内侧下泄，从而不会从堵头及泛水板一侧向室内渗入。

（3）铝单板及铝方通安装。本工程涉及铝单板的部位有屋面假梁、墩柱包腿及天沟外装饰，在施工前，根据深化模型，利用BIM技术分解铝单板布置情况，并细化为加工图纸提供给生产厂家进行生产。在安装过程中，首先放线定位，利用40?mm×40?mm角铁加工焊接墩柱、假梁部位龙骨。完成龙骨焊接后，将铝单板及方通用自攻螺丝进行固定。

（4）雕花铝板安装。在结构墩柱之间，设计为云纹造型镂空图案。在施工前，对图纸进行深化，经过相关专家论证，本工程涉及的雕花铝板截面尺寸采用9?238?mm×4?074?mm。

加工厂家利用模型将图纸数据转化为可被数控加工机械识别的数字模型，通过数字切割，人工焊接精准的将雕花铝板完成加工。

在加工期间，施工现场同步完成钢方管龙骨的安装，利用钢方管与结构形成可靠连接。雕花铝板完成加工后，通过分段组装，利用测量仪器进行测量检测，完成了固定，最终实现设计效果。

4?结束语

本工程钢结构安装及装饰，利用双曲面结构，实现了原设计中灵活的造型，且双曲面结构在满足灵活造型的同时，也相对稳定，并节约了工程项目的总体造价成本和施工时间。

通过后期的装饰，在功能性和美观性上提高了车站的整体效果。本工程的成功实施也为后续在城市轨道交通设施屋面结构和造型设计提供了较为丰富的 经验。