韓潔

摘 要 隨著我國(guó)城市軌道交通不斷發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)張，城市軌道交通建設(shè)年代跨度不斷變大，很多老舊線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)車(chē)輛急待檢修，為保障城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全，提升城市軌道交通的服務(wù)水平，軌道交通車(chē)輛大修廠的建設(shè)成為城市軌道交通工作的重點(diǎn)。城市軌道交通車(chē)輛大修廠，主要由停車(chē)庫(kù)、調(diào)試庫(kù)、車(chē)體庫(kù)、廠修庫(kù)、轉(zhuǎn)向架車(chē)間、部件檢測(cè)間、調(diào)機(jī)車(chē)庫(kù)等大型廠房構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)一般主要為鋼結(jié)構(gòu)，因此鋼結(jié)構(gòu)的施工成為重中之重。在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)、剛性程度以及鋼結(jié)構(gòu)的邊界條件狀況，可以根據(jù)相應(yīng)的施工次序先后產(chǎn)生，不同的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成狀態(tài)物理量，在持續(xù)改變過(guò)程中所出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)材料以及邊界等方面的特征結(jié)構(gòu)不同，會(huì)在鋼結(jié)構(gòu)的路徑和時(shí)間效應(yīng)當(dāng)中，對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的受力性能產(chǎn)生一定的影響。本文結(jié)合北京市軌道交通平西府車(chē)輛大修廠工程中的鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)方面的問(wèn)題進(jìn)行了全面分析和研究，并且對(duì)施工力學(xué)分析方法以及相關(guān)的問(wèn)題解決策略進(jìn)行了闡述，有效提高鋼結(jié)構(gòu)的施工效果與穩(wěn)定性，對(duì)后續(xù)軌道交通及建筑行業(yè)中的鋼結(jié)構(gòu)工程施工及使用的安全性和可靠性打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 鋼結(jié)構(gòu);力學(xué)問(wèn)題;安全

隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程加速，城市的交通建設(shè)已經(jīng)成為影響人們?nèi)粘９ぷ髋c生活的重要因素。城市軌道交通作為城市交通的重要組成部分，對(duì)城市交通的運(yùn)輸能力有著很大的提升作用。以北京市為例，截至目前已經(jīng)建成通車(chē)了二十二條線(xiàn)路，通車(chē)?yán)锍踢_(dá)到699.3Km，縱橫交錯(cuò)的城市軌道交通顯著緩解了城區(qū)的交通壓力，極大地方便了市民的出行，給公眾帶來(lái)更加快捷便利的生活品質(zhì)。

城市軌道交通工程的建設(shè)具有工程量大、技術(shù)復(fù)雜、建設(shè)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，由此造成建設(shè)年代跨度較大，很多運(yùn)營(yíng)車(chē)輛急待檢修。為保障城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全，提升城市軌道交通的服務(wù)水平，配套的軌道交通車(chē)輛大修廠的建設(shè)就顯得尤為重要，而軌道交通車(chē)輛大修廠建設(shè)工程中的鋼結(jié)構(gòu)施工是整個(gè)大修廠工程建設(shè)的關(guān)鍵與重點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)問(wèn)題與分析是非常重要的研究課題。

本文結(jié)合北京市軌道交通平西府車(chē)輛大修廠建設(shè)工程中的鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)方面的問(wèn)題，從鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)問(wèn)題分析、施工力學(xué)分析及解決策略、鋼結(jié)構(gòu)鎖定內(nèi)力分析3個(gè)方面進(jìn)行探討。

北京市軌道交通平西府車(chē)輛大修廠工程位于昌平區(qū)平西府地區(qū)，北起北清路以南，南至回南北路，西起規(guī)劃站前東街，東至規(guī)劃黃平西側(cè)路以西，與軌道交通8號(hào)線(xiàn)平西府車(chē)輛段北側(cè)相臨。

北京市軌道交通平西府車(chē)輛大修廠工程總用地面積約20.919

公頃，總建筑面積102064.74平方米，總占地面積82612.21平方米，地上建筑面積97647.74平方米，地下建筑面積4417平方米。本工程主要廠房有停車(chē)庫(kù)、調(diào)試庫(kù)、車(chē)體庫(kù)、廠修庫(kù)、轉(zhuǎn)向架車(chē)間、部件檢測(cè)間、調(diào)機(jī)車(chē)庫(kù);主要庫(kù)房有立體倉(cāng)庫(kù)、大部件存放庫(kù)、易燃品庫(kù)、廢件收集間等;服務(wù)配套設(shè)施有綜合樓、鍋爐房、中水處理站、門(mén)衛(wèi)、停車(chē)棚、部件存放棚、材料棚;同時(shí)設(shè)有機(jī)走線(xiàn)、牽出線(xiàn)及試車(chē)線(xiàn)等。

本工程的主要廠房中有6個(gè)庫(kù)的結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)施工成為本工程的關(guān)鍵與重點(diǎn)。在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建造施工中，鋼結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)、剛性程度以及鋼結(jié)構(gòu)的邊界條件狀況，可以根據(jù)相應(yīng)的施工次序先后產(chǎn)生，不同的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成狀態(tài)物理量，在持續(xù)改變過(guò)程中所出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)材料以及邊界等方面的特征結(jié)構(gòu)不同，會(huì)在鋼結(jié)構(gòu)的路徑和時(shí)間效應(yīng)當(dāng)中，對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的受力性能產(chǎn)生一定的影響。因此，針對(duì)北京市軌道交通平西府車(chē)輛大修廠建設(shè)工程中的鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中產(chǎn)生的力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了全面分析和探索，并且針對(duì)不同的力學(xué)問(wèn)題展開(kāi)針對(duì)性分析和總結(jié)，以此來(lái)保證鋼結(jié)構(gòu)工程的整體穩(wěn)定性和安全性。

1鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)問(wèn)題分析

本工程車(chē)輛檢修廠房為門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)，在施工過(guò)程中，相關(guān)建設(shè)、監(jiān)理、施工等人員很少會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行詳細(xì)分析和研究。事實(shí)上，鋼結(jié)構(gòu)在建筑體當(dāng)中的自重負(fù)載、裝飾負(fù)載以及周?chē)Y(jié)構(gòu)等負(fù)載量相對(duì)較大，在鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中會(huì)逐漸施加在建筑體結(jié)構(gòu)當(dāng)中。在施工完成之后，受到恒定荷載的作用下，鋼結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生內(nèi)力變形情況，主要是因?yàn)楦鱾€(gè)不同施工環(huán)節(jié)受力狀況逐漸積累所造成，這種恒定荷載的大小和分布具有特定的規(guī)律，并且在施工過(guò)程中與施工的路徑和施工時(shí)間有著密切的關(guān)聯(lián)。因此，在施工路徑與施工時(shí)間效應(yīng)影響下，會(huì)直接造成鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力產(chǎn)生不同程度的變化，在內(nèi)力變化程度較大的情況下，會(huì)對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度造成一定的影響，如果內(nèi)力變化明顯將會(huì)造成非常嚴(yán)重的工程安全質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)直接造成車(chē)輛檢修廠房的結(jié)構(gòu)、邊界條件以及材料性質(zhì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)變。當(dāng)內(nèi)外部的受力變化達(dá)到極限值條件下，會(huì)直接造成整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性喪失，進(jìn)而對(duì)整個(gè)車(chē)輛檢修廠房的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至還會(huì)造成整個(gè)車(chē)輛廠房全面坍塌[1]。

在車(chē)輛檢修廠房鋼結(jié)構(gòu)工程施工過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)的剛性程度、幾何形態(tài)邊界條件以及鋼結(jié)構(gòu)荷載等方面因素，直接影響到了整體鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這幾種重要的影響因素分為不同的順序依次產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)的荷載量，會(huì)隨著建筑體施工量的不斷加大而逐漸上升。在此過(guò)程中施工的路徑和時(shí)間是其中兩種非常重要的影響因素，直接影響到了鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中受力性能的發(fā)揮。當(dāng)前隨著我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展，很多鋼結(jié)構(gòu)建筑不斷涌現(xiàn)，這些鋼結(jié)構(gòu)建筑在施工當(dāng)中出現(xiàn)了很多施工力學(xué)方面的問(wèn)題，相關(guān)參加單位的設(shè)計(jì)人員和施工人員，針對(duì)這種鋼結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)問(wèn)題的解決存在較大的工作難度，隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程施工技術(shù)的不斷向前發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)方面的問(wèn)題將會(huì)成為相關(guān)研究工作人員的重點(diǎn)研究方向。

2鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析及解決策略

2.1 鋼結(jié)構(gòu)施工跟蹤分析

平西府車(chē)輛大修廠工程的建設(shè)施工過(guò)程，是一種動(dòng)態(tài)化的變化過(guò)程，在此過(guò)程當(dāng)中車(chē)輛檢修廠房結(jié)構(gòu)依次形成、材料依次成型，并且鋼結(jié)構(gòu)的荷載量也在逐漸上升。鋼結(jié)構(gòu)的邊界條件逐漸形成，在鋼結(jié)構(gòu)工程竣工驗(yàn)收之后，鋼結(jié)構(gòu)依然會(huì)受到內(nèi)力和變形因素的影響，這就造成鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和鋼結(jié)構(gòu)的承載能力有所下降，這一問(wèn)題主要是因?yàn)檐?chē)輛檢修廠房在施工過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的施工量和荷載量的增加和逐漸累積的結(jié)果。通過(guò)施工路徑和施工時(shí)間的效應(yīng)理論分析，施工力學(xué)問(wèn)題的產(chǎn)生和這兩種影響因素有著直接的關(guān)聯(lián)，因此在鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的受力情況是處于一種不斷變化的狀態(tài)。本工程的車(chē)輛檢修廠房鋼結(jié)構(gòu)的安裝過(guò)程需嚴(yán)格按照施工路徑和施工時(shí)間效應(yīng)理論分析施工力學(xué)后確定的安裝順序進(jìn)行鋼構(gòu)件的安裝及校正，即鋼柱安裝與校正，鋼柱間支撐、鋼桁架及框架梁安裝與校正，托梁、屋面鋼梁及屋面水平支撐安裝與校正，兩榀鋼架間屋面、墻面結(jié)構(gòu)安裝，形成穩(wěn)定體系。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)施工變形預(yù)調(diào)

平西府車(chē)輛大修廠工程，共有7個(gè)車(chē)輛檢修廠房，最大的檢修廠房有3個(gè)，其中廠修庫(kù)體量最大，外形尺寸為162×117.8m，

共計(jì)6跨鋼結(jié)構(gòu)，最大跨度24m，縱向每跨有28列門(mén)式剛架;車(chē)體庫(kù)跨度最大，外形尺寸為94.8×54m，共計(jì)2跨鋼結(jié)構(gòu)，最大跨度33m，縱向每跨有16列門(mén)式剛架;調(diào)試庫(kù)與車(chē)體庫(kù)相似，外形尺寸為184.8×61m，共計(jì)3跨鋼結(jié)構(gòu)，最大跨度25m，縱向每跨有31列門(mén)式剛架。本工程車(chē)輛檢修廠房整體鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成相對(duì)比較復(fù)雜，在具體施工當(dāng)中最大的難點(diǎn)問(wèn)題在于已經(jīng)安裝完成的鋼結(jié)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形現(xiàn)象，這種變形問(wèn)題會(huì)對(duì)新安裝的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生一定的影響，主要表現(xiàn)在安裝位置存在偏差以及受力條件產(chǎn)生變化。因此，在本車(chē)輛檢修廠房鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，為了有效保證工程施工完成之后，鋼結(jié)構(gòu)受力變化趨于穩(wěn)定后的受力情況達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在每一次鋼結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，必須要對(duì)每一個(gè)構(gòu)件的施工位置以及鋼結(jié)構(gòu)的形態(tài)狀況加以有效控制，充分考慮鋼結(jié)構(gòu)變形情況，保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力合理性以及安裝位置的準(zhǔn)確度。

由于本工程工期緊，工程體量大，場(chǎng)地土層力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性差，某些特殊的施工位置在施工之前，并沒(méi)有精確的確定鋼結(jié)構(gòu)的施工位置，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)施工的實(shí)際位置和設(shè)計(jì)位置之間存在一定的差異。因此，在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行安裝和施工之前，相關(guān)測(cè)量人員必須要對(duì)鋼構(gòu)件的施工位置進(jìn)行詳細(xì)勘測(cè)，并且由施工人員要做好預(yù)先的位置調(diào)整工作，以有效確定各個(gè)不同的鋼構(gòu)件實(shí)際安裝位置，根據(jù)本工程的實(shí)際建設(shè)施工情況，對(duì)鋼構(gòu)件的施工安裝位置進(jìn)行靈活調(diào)整，以此來(lái)充分滿(mǎn)足后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝平衡

本工程車(chē)輛檢修廠房鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件主要包括鋼柱、鋼梁、剛性系桿、柱間支撐、檁條、吊車(chē)梁系統(tǒng)等，最重的鋼構(gòu)件位于車(chē)體庫(kù)，其中最重鋼梁為變截面H型鋼、整跨最大重量約7.2噸、最大截面尺寸為H1050～800×400×12×18mm、最大跨度33m，最重鋼柱為3.9噸、尺寸為H900×400×14×18mm。本工程車(chē)輛檢修廠房鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目的吊裝工程比重大、任務(wù)重，需配備較多數(shù)量性能良好的汽車(chē)吊。鋼柱采用整體吊裝法，鋼梁安裝時(shí)提前在地面原位拼裝為整體后再整跨吊裝，鋼柱、鋼梁采用80汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝，其余構(gòu)件采用50噸汽車(chē)吊、25噸汽車(chē)吊裝配合吊裝。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在吊裝過(guò)程中，由于鋼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和設(shè)計(jì)要求的數(shù)值參數(shù)存在一定的偏差，并且鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在空間中的姿態(tài)調(diào)整難度較大，因此，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的精確性和安全性控制至關(guān)重要。首先需要對(duì)整個(gè)吊裝工作過(guò)程進(jìn)行全面分析和預(yù)測(cè)，充分確定吊裝工作方案的合理性，有效保證整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工的順利開(kāi)展。

本工程車(chē)輛檢修廠房鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件吊裝形式采用的是鎖滑輪裝置來(lái)進(jìn)行操作，吊裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)吊索、滑輪等相關(guān)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。在力學(xué)的特征方面主要包含了鋼結(jié)構(gòu)的移動(dòng)、彈性變形狀況、滑輪之間的可懷疑性等。在具體的施工過(guò)程中，吊點(diǎn)位置的確定和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在空間中的吊裝姿態(tài)很容易產(chǎn)生問(wèn)題，由于起吊鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼索受力條件的差異性，吊索的長(zhǎng)度直接確定了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在空間當(dāng)中的姿態(tài)要求，需要在鋼結(jié)構(gòu)吊裝工作過(guò)程中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛性程度以及穩(wěn)定性等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析。當(dāng)前在一些比較復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，針對(duì)上述問(wèn)題的解決還沒(méi)有形成更加簡(jiǎn)單和統(tǒng)一的計(jì)算方式，同時(shí)也沒(méi)有建立成更加精確和詳細(xì)的分析計(jì)算模型，隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，將會(huì)對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行更加深入的分析和探索，并且各種問(wèn)題會(huì)得到逐步的解決[3]。

3鋼結(jié)構(gòu)鎖定內(nèi)力分析

在鋼結(jié)構(gòu)工程施工過(guò)程中，工程施工人員無(wú)法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，或者鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成出現(xiàn)較大轉(zhuǎn)變的情況下，無(wú)法采用分步成型或者移步成型的施工方法。通常情況下，如果繼續(xù)選擇使用一次成型的使用方法，將無(wú)法保證鋼結(jié)構(gòu)的受力平衡性和穩(wěn)定性，因此需要依照具體的工程施工方案，對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工進(jìn)行有效模擬，并且通過(guò)全程跟蹤分析的方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的施工方案來(lái)進(jìn)行有效編制，充分考慮到鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)壁變化情況，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的位移變化情況以及在施工過(guò)程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化問(wèn)題進(jìn)行有效處理。并且在鋼結(jié)構(gòu)竣工之后鎖定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力大小，使得鋼結(jié)構(gòu)施工部分可以和其他的復(fù)合之間重新進(jìn)行組合，可以有效保證鋼結(jié)構(gòu)具有充足良好的受力狀態(tài)。在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中需要對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行全面分析和考慮，為后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)工程施工提供出必要的指導(dǎo)。本工程在車(chē)輛檢修廠房鋼結(jié)構(gòu)施工前，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的施工方案進(jìn)行嚴(yán)格把控，充分考慮在各種不同的受力狀態(tài)下，鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化以及位移情況均可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

由此可以看出，現(xiàn)階段隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)張，鋼結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)問(wèn)題也受到了廣泛的關(guān)注和重視，從建設(shè)工程質(zhì)量、安全生產(chǎn)方面考慮，需要對(duì)其中的鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)問(wèn)題展開(kāi)全面分析和研究，并且要做到施工全過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制工作，保證每一段施工工序的鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的均勻性和平衡性，提高鋼結(jié)構(gòu)的速率穩(wěn)定性，為后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用安全性打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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