探析高速公路收費站樹狀管桁架雨棚施工技術

李文杰

(貴州省公路工程集團有限公司)

1 引言

雨篷的作用是遮擋雨水、風雪，保護外門免受雨水的侵害，建造精美的雨棚，不僅能裝飾室內外的過渡空間，更加受到人們的親睞。雨棚在整個建筑行業雖然算不上主要構件，但是部分與整體應該是相得益彰的，而且雨棚若設計或施工的不合格就很可能造成垮塌而傷害人身安全，不僅如此，更可能導致建筑主要部件的損壞，因此，對雨棚的設計與施工有必要引起有關人員的重視，尤其是要把施工技術運用到高速收費站樹狀管桁架雨棚的施工中。

2 工程實例概況

實例一:某處高速公路收費站樹狀管桁架雨篷為鋼架和網架的結合，面積為2 476 m2，建筑高度為12.28 m。雨棚中間部分為鋼架結構，兩邊部分為網架結構，屋面采用0.475 mm厚彩瓦、采光板和4 mm厚鋁塑板吊頂，網架屋面檁條為C型冷彎薄壁型鋼，中間部分屋面檁條為方管。基礎型式暫定采用天然獨立淺基礎。

實例二:以銀川火車站管桁架雨棚為例，雨篷長456 m寬209 m，整個雨篷造型呈波浪狀，建筑面積38 124.95 m2。該雨篷采用單向多跨張弦桁架結構形式，總共有44榀間隔10.5 m。拱梁采用530 mm的鋼管。

3 事故調查分析

根據上面兩個實例，可以對樹狀管桁架雨棚的施工技術進行分析，得出一些具體結論，主要有以下幾方面。

3.1 樹狀管桁架雨篷的穩定性設計

為了保障樹狀管桁架結構雨棚的整體穩定性，使其在設計及施工過程至使用年限內可以安全穩定的工作，這就必須充分考慮影響其穩定性的因素，由以上兩實例分析得出:材料的特性、結構計算系數和設計理念是決定樹狀管桁架雨棚穩定性的三個主要因素。以下就對這三個因素結合實例對樹狀管桁架雨篷的穩定性進行簡要分析。

3.1.1 材料特性

上述兩實例都采用了鋼作為原材料，原因是鋼結構材料中含有炭、硫、磷等元素，其中各元素的含量對鋼材的性能影響巨大，選材的初始缺陷可能導致整體穩定性的缺失，例如實例一中需要用到C型冷彎薄壁型鋼，這時就要考慮受壓構件的初彎曲及殘余應力，所以在初始設計時就應該嚴把選材關，在施工的同時更要時刻注意材料的質量。對材料質量的檢驗，尤其是鋼材的檢驗應包含對材料合格證的檢查和材料的表面質量檢查，對材料表面的檢查要注意查看有沒有生銹、劃痕和裂紋的產生。實例一中方管的管材應該檢查磷和硫的含量，抗拉及屈服的強度等等以確保整個樹狀管桁架雨篷的穩定性。

3.1.2 結構計算系數

在實例二中雨篷采用了單向多跨張弦桁架結構形式。因此，計算受壓弦桿的長細比就成了計算長度系數的決定性因素。而弦稈與腹桿的線剛比Ix/If次之，當弦桿長細比在100和160之間時，計算長度系數隨著受壓弦桿長細比的減小而增加，弦桿長細比從160減小到100時，計算長度系數大約增加了28%左右;當弦桿長細比在60和100之間時，計算長度系數隨著受壓弦桿長細比的減小而減小，弦桿長細比從100減小到60時，計算長度系數大約減小了16%左右，由此說明弦桿長細比對計算長度系數的影響很大，同時也在最大程度上影響了實例二中雨篷的穩定性。

3.1.3 設計理念

實例一中，雨篷采取了鋼網相結合的結構，設計必定著重考慮了四叉撐桿和支座節點的設計。而在實例二中采用了單向多跨張弦桁架結構的形式，此形式著重設計了桁架弦桿與每節斜腹桿的交界處。兩實例的設計理念都是基于加強樹狀管桁架雨篷的穩定性而出發的。

3.2 樹狀管桁架雨棚的制作工藝

以上兩實例由于受到公路和鐵軌的限制，管桁架只能現場制作，需要現場拼接和焊接，切割，刷漆，最后可根據施工經驗選擇臥拼安裝或豎拼安裝。管桁架制作完成之后選擇合適的交通工具運輸到相應的軸線，在安裝時，由于地面沒有平整，所以要采取吊籃與腳手架相結合的方式比較好。

4 樹狀管桁架雨篷施工的具體技術

目前，在高速路收費站樹狀管桁架雨篷施工上面，形成了一套比較完整的技術理論，有各種各樣的施工技術，保證了雨篷的施工質量。

4.1 高空低溫環境下焊接技術

當樹狀管桁架的桁架柱、梁吊裝到位后，各個部分的焊接是最關鍵的，但是，在北方的冬季施工，不僅溫度低環境濕度也大，而且為了盡早完工導致夜間的作業時間拉長，這些外界因素使得焊接條件惡劣，再加上焊接作業時間短工作量大，更加使得雨篷建設舉步維艱。焊接工作主要是空中大直徑厚壁管的對接，技術人員通過對焊接工藝的試驗，最終確立了一套符合高空低溫環境下建造樹狀管桁架雨篷的施工技術，保證了焊接的質量。由于在正常的焊接條件下，不允許產生由硬化而導致淬火裂紋，故鋼材中的碳和其它幾種合金元素不能超過下述極值。

表1 鋼材中各元素的極限含量

4.2 鋼管相貫切割與組焊技術

樹狀管桁架的桁架梁與柱的弦桿腹桿組焊過程中焊接工作量是非常大的，焊接變形程度也非常大，通過制訂合理的焊接工藝程序，選用如CO2氣保焊機等，可有效的控制焊接變形。在雨篷的桁架施工中直接采用了三位數控技術，確保了各個相貫接口的形態質量，不僅有效的提高了施工速度，更能使尺寸偏差控制在合理范圍之內。對于過熱區的焊接熱循環，如圖1所示。

圖1 過熱區焊接熱循環示意圖

4.3 鋼管桁架結構施工工藝研究

雨篷的設計通過對桁架結構的研究，形成了一套完整科學的桁架結構工藝方法，不僅對完善了樹狀管桁架的結構施工技術更可以為有條理的組織雨篷施工起正確的指導作用。這些工藝不僅保證了管桁架雨篷的質量、降低了造價更縮短了工期。

4.4 大型構件吊裝技術

管桁架雨棚是多個專業同期施工的，而且吊裝只能在特殊的時間進行如夜間停點或道路封鎖的時候，根據這一實際情況整個施工的隊伍通過對各個方案的比對與篩選最終確立了大型構件的吊裝方案，再根據確立的方案編制合理的吊裝程序，從而制定了一套桁架柱和桁架梁的吊裝工藝技術，使得吊裝構建能夠拼裝準確到位，從而保證了樹狀管桁架雨篷的質量，也為高速公路收費站建立樹狀管桁架雨篷提供了大型構件吊裝技術的參考。

5 雨篷施工小結

根據本文中的實例，再結合事故調查分析，現對雨篷施工進行小結。現在陽臺、雨篷懸挑越做越大，而對抗傾覆重視不夠，施工中隨意加大出挑長度，造成一旦加上荷載，陽臺、雨篷整體翻落，甚至有的在施工過程中，一拆模就整體破壞了。常見雨篷質量事故主要體現在以下方面:抗傾覆不夠，陽臺、雨篷整體破壞。鋼筋位置錯誤，特別是挑板的陽臺及雨篷。拆模過早，混凝土未達到足夠強度。因此要加強抗傾覆計算，對于設計圖紙中的懸挑長度不能隨意加大，要加大應由專業人員調整。加強施工監督，增加支撐馬扎數量及剛度，保證板鋼筋位置。

6 結語

通過以上兩個實例的探析可以大致總結出高速路收費站樹狀管桁架雨棚的施工技術，首先要非常重視雨篷的穩定性，在選材，計算結構系數，設計理念方面加以控制，其次要注意精確計算各項指標系數，管桁架的制作和運輸。最后要注意創新技術的運用，如高空低溫環境下焊接技術的運用，鋼管相貫切割與組焊技術，鋼管桁架結構施工工藝研究，大型構件吊裝技術。把以上施工技術運用到高速路收費站樹狀管桁架的建設中就能使整個工程處于一個較高的水平狀態。

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