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大量城市地鐵建設(shè)項(xiàng)目中，鋼結(jié)構(gòu)雨棚應(yīng)用變得愈發(fā)廣泛。城市軌道交通存在客流量大、干擾多的特點(diǎn)[1]。地鐵車站出入口雨棚的建設(shè)數(shù)量龐大，而傳統(tǒng)的地鐵出入口雨棚施工周期長，粉塵、噪音污染嚴(yán)重。當(dāng)今，裝配式建筑的應(yīng)用越來越廣泛，且具有節(jié)約人力物力資源、施工精度可靠、結(jié)構(gòu)質(zhì)量良好、施工周期較短等優(yōu)點(diǎn)[2]。采用地鐵出入口鋼雨棚裝配式施工技術(shù)，并通過工程實(shí)踐已經(jīng)取得了較好的效果，將地鐵車站出入口鋼雨棚裝配式施工技術(shù)做了總結(jié)，以期為后續(xù)相關(guān)工程施工提供借鑒。

1 工程背景

在傳統(tǒng)施工技術(shù)中，地鐵車站出入口雨棚通常是現(xiàn)場施工建造。對附近地面交通干擾大，鋼構(gòu)件地面拼裝時需要較大的場地，且費(fèi)用高，工期長[3]。這種傳統(tǒng)的施工技術(shù)受到施工周期、天氣條件、施工現(xiàn)場管理等復(fù)雜等問題的限制，而裝配式施工技術(shù)在地鐵車站出入口雨棚的建設(shè)中具有快速施工、減少現(xiàn)場作業(yè)、質(zhì)量可有效控制等優(yōu)點(diǎn)。

然而，該技術(shù)也存在實(shí)施難度：第1，設(shè)計(jì)和工程配合。裝配式施工需要提前進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，確保構(gòu)件的準(zhǔn)確性和一致性。與傳統(tǒng)施工方法不同，裝配式施工需要工程的各個參與方進(jìn)行更密的切協(xié)作配合；第2，運(yùn)輸和安裝。預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸和安裝需要考慮到尺寸、重量和特殊要求。有時可能需要專用的運(yùn)輸設(shè)備和機(jī)械進(jìn)行安裝，增加了難度和成本；第3，技術(shù)要求和培訓(xùn)。裝配式施工需要具備相關(guān)的技術(shù)知識和操作技能。施工人員可能需要接受專門的培訓(xùn)，以掌握裝配式施工技術(shù)。

盡管裝配式施工技術(shù)在地鐵車站出入口雨棚建設(shè)中具有一些實(shí)施難度，但由于其快速施工、質(zhì)量控制和減少現(xiàn)場工作等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的地鐵項(xiàng)目選擇采用這種技術(shù)。本文技術(shù)依托深圳市崗廈北交通樞紐站出入口鋼雨棚項(xiàng)目，該出入口鋼雨棚長14.6 m，寬6.3 m，高2.8 m。在實(shí)施過程中需考慮單元劃分、受力分析、材料加工、材料運(yùn)輸、現(xiàn)場拼裝等施工因素。

2 地鐵車站出入口鋼雨棚裝配式施工技術(shù)

鋼雨棚裝配式技術(shù)有2 種安裝方式?整體加工和吊裝；分段加工和吊裝。整體加工和吊裝的方式存在會受到超寬、超高和現(xiàn)場施工空間狹小限制等問題，且整體加工和吊裝方式所涉及的材料多，預(yù)制的工序多，組裝工藝復(fù)雜。整體裝配時容易出現(xiàn)定位不準(zhǔn)、尺寸誤差等情況，致使施工質(zhì)量差、增加施工周期、使用壽命短的問題。分段加工和吊裝的方式由于分解處理了原本過寬、過高的雨棚，可以規(guī)避施工空間狹小問題，且分段加工、分段吊裝的方式受出入口截面大小、空間位置及施工能力等相關(guān)制約較小，施工更加靈活。

2.1 單元板塊劃分

根據(jù)地鐵車站出入口鋼雨棚特點(diǎn)，現(xiàn)場實(shí)際施工條件，鋼結(jié)構(gòu)加工限制等因素，將鋼雨棚劃分為后端單元板塊、第1 側(cè)面單元板塊、第2 側(cè)面單元板塊、頂面單元板塊，由于頂面加工成1 個單元板塊超寬，因此需將頂面加工成3 個單元板塊，這樣將分成6 個單元板塊。在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中應(yīng)進(jìn)行編號排列[3]。有效解決了單元板塊運(yùn)輸超寬超高的問題，也解決了現(xiàn)場狹小無法整體吊裝的問題，單元板塊在工廠加工拼裝并涂裝完成后，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行就位拼裝，減少現(xiàn)場焊接和涂裝，施工質(zhì)量得到保證。在吊裝構(gòu)件的時候，應(yīng)當(dāng)防止其發(fā)生變形，這便需要對構(gòu)件各部位的受力情況進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算[4]。

2.1.1 頂部單元板塊受力分析

出入口鋼雨棚頂部受力的劃分原則是根據(jù)其組成形式進(jìn)行劃分，并需進(jìn)行受力分析得出。鋼雨棚頂部由主梁和次梁組成，連接方式為焊接。主梁截面（長、寬、厚）為200 mm×200 mm×8 mm，及200 mm×100 mm×8 mm的矩形空心管；次梁截面（長、寬、厚）為200 mm×100 mm×8 mm，及100 mm×100 mm×8 mm的矩形空心管；鋼材均采用Q235B 鋼材，鋼材密度為7850 kg/m3，彈性模量為2.06×104 N/mm2，泊松比為0.3；鋼材本構(gòu)關(guān)系考慮屈服后材料硬化所以采用雙折線模型。為了使求解的結(jié)果更接近實(shí)際情況，模型采用固體Solid 單元。根據(jù)便于安裝運(yùn)輸?shù)囊螅紫葘⒂昱镯斆鎰澐譃? 個單元，其中單元一為懸挑，單元二、三為非懸挑，懸挑模型如圖1 所示。

圖1 ANSYS 軟件中創(chuàng)建鋼雨棚單元模型（來源：作者自繪）

2.1.2 對劃分單元板塊吊裝受力和變形分析

網(wǎng)格劃分見圖1，其中主、次梁網(wǎng)格尺寸為20 mm。為了保證現(xiàn)場吊裝的安全和控制變形采用四點(diǎn)吊，吊點(diǎn)位置選在次梁的4 個角上，因此有限元模型中邊界條件將吊點(diǎn)設(shè)置完全固結(jié)，如圖2 所示（即構(gòu)件在x、y、z任意方向均不發(fā)生相對位移與轉(zhuǎn)動）。

圖2 鋼雨棚吊裝點(diǎn)約束施加（來源：作者自繪）

2.1.3 單元板塊重力荷載作用分析

鋼雨棚在吊裝的過程中只受到重力載荷，即為鋼雨棚的自重荷載，在ANSYS 軟件中直接添加重力加速度，選擇豎直向下為正方向，ANSYS 將自動的轉(zhuǎn)化成鋼雨棚的自重，如圖2 中的A 所示。創(chuàng)建作業(yè)并提交，即可算出鋼雨棚在施工階段自重荷載作用下的受力變形圖，計(jì)算結(jié)果如圖3 所示。變形分析從圖3 中可以看出單元的最大變形分別為0.607 mm，重力荷載作用下鋼材橫梁撓度限值為：df，lim=橫梁長度L/400=6801/400=17.002 mm，鋼材橫梁撓度限值遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)計(jì)算值的0.607 mm，因此鋼架梁變形在規(guī)定范圍之內(nèi)，滿足變形要求。根據(jù)受力分析可以計(jì)算得出，單元的最大支座反力分別為5507.2 N；由圖4 可知單元鋼架梁在施工階段所受最大切應(yīng)力發(fā)生在次梁和主梁固結(jié)處分別為43.851 MPa。

圖3 吊裝單元重力荷載變形（來源：作者自繪）

圖4 吊裝單元的最大剪力圖（來源：作者自繪）

參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）中4.4.5 條款規(guī)定Q235鋼材角焊最大許用設(shè)計(jì)強(qiáng)度為160 MPa 大于43.851 MPa；因此鋼架梁滿足承載能力滿足要求。

2.2 單元板塊加工要求

鋼結(jié)構(gòu)地鐵車站出入口鋼結(jié)構(gòu)雨棚的材料材質(zhì)應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗震性能好等特點(diǎn)。常用的鋼材材質(zhì)有Q235、Q355 等。同時，在環(huán)保方面也應(yīng)注意選擇符合國家要求的材料。加工精度應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行生產(chǎn)和制造，包括鋼結(jié)構(gòu)中零件的加工精度、尺寸精度和加工表面質(zhì)量等方面，要求達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

鋼結(jié)構(gòu)雨棚的加工制造過程中，變形控制是非常重要的方面，包括焊接、預(yù)拼裝和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)都需要注意控制變形。因此，應(yīng)采用先進(jìn)的預(yù)處理工藝和正確的焊接方法，確保結(jié)構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力均勻、變形控制。

在工廠進(jìn)行單元板塊加工及預(yù)拼裝，除銹防腐完成后，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行裝配化組裝如圖5 所示，圖中序號1 ～6 為安裝順序。并用BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬施工，各單元板塊裝配化組裝時，后端橫梁和頂面橫梁為對應(yīng)面的橫梁，第1 側(cè)面縱梁、第2 側(cè)面縱梁和頂面縱梁為對應(yīng)面的縱梁，且雨棚側(cè)面和雨棚頂面之間的第1 交接縱梁劃分給第1 側(cè)面單元板塊，雨棚側(cè)面和雨棚頂面之間的第2 交接縱梁劃分給第2 單元板塊，雨棚頂面和雨棚后端面之間的交接橫梁劃分給后端單元板塊，能夠減少頂面單元板塊的重量，便于吊裝；后端立柱、第1 側(cè)面立柱、第2 側(cè)面立柱是位于對應(yīng)面的立柱，且雨棚側(cè)面和雨棚后端面之間的第1 交接立柱劃分給第1 側(cè)面單元板塊，雨棚側(cè)面和雨棚后端面之間的第2 交接立柱劃分給第2 側(cè)面單元板塊，能夠保證第1 側(cè)面單元板塊和第1 側(cè)面單元板塊吊裝后的穩(wěn)定性，有利于后期頂面單元板塊的吊裝穩(wěn)定。

圖5 裝配化組裝順序及單元劃分BIM 模型（來源：作者自繪）

在生產(chǎn)過程中，其堆放和運(yùn)輸工作也非常重要。在堆放過程中要正確使用支撐，避免結(jié)構(gòu)件變形。在運(yùn)輸過程中，要選擇合適的運(yùn)輸車輛，對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行固定和防護(hù)，避免產(chǎn)生撞擊和磨損等影響。

2.3 現(xiàn)場裝配技術(shù)及要點(diǎn)

2.3.1 吊裝前準(zhǔn)備

首先需進(jìn)行場地清理與鋪設(shè)道路，本案例地鐵車站出入口鋼雨棚主要采用一臺25T 汽車吊進(jìn)行鋼構(gòu)的安裝。材料進(jìn)場后應(yīng)水平放置，有條件的情況下需要墊木方，避免變形，為保證吊裝正常進(jìn)行，應(yīng)對材料進(jìn)行驗(yàn)收，主要是對構(gòu)件的焊縫、尺寸以及厚度等進(jìn)行檢驗(yàn)。最后根據(jù)圖紙圖及水準(zhǔn)點(diǎn)交接單，對定位點(diǎn)平面位置及坐標(biāo)以及水準(zhǔn)基點(diǎn)的高程進(jìn)行復(fù)核。進(jìn)行試吊，吊起一端高度10 ～20 cm時暫停起吊，檢查索具是否牢固[5]。

2.3.2 鋼雨棚的吊裝

后端單元板塊安裝：將后端單元板塊吊裝至雨棚基礎(chǔ)后端的指定位置，并與后端立柱底部基礎(chǔ)臨時焊接，因后端單元板塊比兩側(cè)的單元板塊更小，優(yōu)先吊裝較小的后端單元板塊便于安裝、調(diào)整和固定，保證兩個方向的垂直精度。后端單元板塊吊裝就位后，對平面外內(nèi)垂直校準(zhǔn)，斜撐固定，再進(jìn)行下一個單元板塊吊裝。

側(cè)面單元板塊安裝：后端單元板塊定位后將側(cè)面單元板塊吊裝至基礎(chǔ)上的指定位置，并將立柱底部與基礎(chǔ)臨時焊接同時對平面外內(nèi)垂直校準(zhǔn)，斜撐固定，垂直度滿足要求后，再進(jìn)行橫梁的焊接。

2.3.3 安裝雨棚的施工平臺

為便于頂棚和單元板塊施工，在兩側(cè)板塊吊裝就位并臨時固定穩(wěn)定后安裝施工平臺。如圖6 所示，在第一側(cè)面單元板塊側(cè)面立柱的中部搭設(shè)沿地鐵出入口縱向設(shè)置的導(dǎo)軌，并在第二側(cè)面單元板塊側(cè)面立柱的中部搭設(shè)沿地鐵出入口縱向設(shè)置的導(dǎo)軌。2 個導(dǎo)軌等高設(shè)置；操作底部兩側(cè)的滾輪分別放置在兩側(cè)導(dǎo)軌中，使操作平臺能夠沿地鐵出入口縱向移動，施工人員能夠隨操作平臺的移動對雨棚不同位置進(jìn)行施工，無需像滿堂腳手架那樣需要占據(jù)地鐵出入口的所有空間，結(jié)構(gòu)簡單，可滿足對雨棚的全面施工，安裝方便并能夠重復(fù)使用。且滾輪上設(shè)有鎖定結(jié)構(gòu)，當(dāng)施工人員在操作平臺上作業(yè)時，能夠鎖定滾輪，避免滾輪滑動，保證施工人員的安全。此外，導(dǎo)軌的高度超過欄桿和電扶梯扶手高度，使得施工人員在操作平臺上作業(yè)時，平臺下方的專業(yè)設(shè)施能夠平行作業(yè)，提高施工效率，縮短工期。

圖6 施工平臺安裝完成圖（來源：作者自繪）

2.3.4 頂面單元板塊安裝

將頂面單元板塊吊裝至指定高度，頂面單元板塊橫梁對準(zhǔn)測量立柱橫梁位置，校準(zhǔn)定位，無誤后進(jìn)行焊接固定。各單元板塊安裝完成后對整個鋼結(jié)構(gòu)側(cè)面、頂面平整度、垂直度進(jìn)行檢測核驗(yàn)，無誤后進(jìn)行滿焊，以保證最終質(zhì)量。

2.3.5 雨棚墻頂面裝飾施工

鋼結(jié)構(gòu)雨棚機(jī)電、裝修安裝采用了移動施工平臺安裝，可以重復(fù)利用，拆裝快速，移動平臺的使用方便鋼雨棚裝修施工和機(jī)電安裝施工，不影響樓梯裝修施工、扶梯安裝調(diào)試和欄桿安裝，出入通道暢通，且不受雨季等季節(jié)性施工的影響。吊頂鋁板裝飾施工方便、工期短、工效高、交叉施工影響小。

3 結(jié)語

本文地鐵車站出入口鋼雨棚裝配式施工技術(shù)，采用移動施工平臺安裝，對交叉施工干擾小，可縮短施工周期，安全隱患小，解決了傳統(tǒng)地鐵車站出入口雨棚施工面臨的環(huán)境、安全、造價等問題，實(shí)現(xiàn)了地鐵車站施工全過程處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)，同時降低了成本，形成新型地鐵車站裝修工程裝配式的施工技術(shù)。

本文研究成果除了可以直接用于依托工程的建造，并已經(jīng)取得了1 項(xiàng)發(fā)明專利：《一種地鐵車站出入口的雨棚的施工方法》（ZL 202110395091.3），1 項(xiàng) 實(shí) 用新型專利：《一種用于地鐵出入口雨棚施工的移動式施工平臺》（ZL 202120753281.3），在其他相類似的地鐵車站出入口施工中也得到了廣泛推廣應(yīng)用。