铁路站房钢结构施工过程监测与分析

摘要：本文主要阐述了铁路站房结构的相关概念，分析了铁路站房钢结构施工监测方法，同时以工程实例进行了进一步的说明。

关键词：铁路站房；钢结构；工程监测

中图分类号：TU391文献标识码： A

引言

对于铁路站房这类空间结构相对于其他结构而言，其平面面积比较大，测点数量较多且分散，因此，为其施工的监测带来了一定的困难。若采用有线监测设备，在结构上布设大量线缆大大增加了监测费用，也影响了施工的正常进行，所以，我们要不断地发展新技术，提高其施工效率，保证施工质量。

1、铁路站房结构概述

铁路站房是随着铁路的诞生而产生的，当前，随着铁路在经济社会中作用的逐渐加大，使得铁路站房的功能特点与其建筑形式也不断变化。最近几年，在我国大规模基础建设中，铁路建设中的铁路站房的建设已成为一个重要的组成部分。新时期铁路站房是集铁路、轨道交通、公交、出租车等多种交通方式于一体的综合交通枢纽，其建筑形式多种多样，有着较大的跨度规模，也有着比较复杂的体型体系。而利用跨度、大柱网的空间结构体系能够满足铁路站房独特的空间形态和建筑功能需求。

新时期铁路站房结构体系构思巧妙，建筑形式非常新颖，实现了建筑空间形态与结构空间的完全结合。新时期站房结构在借鉴发达国家铁路站房发展历程的基础上运用了新的高强轻质材料，新的结构设计技术和新的施工工艺等。这些新的方法和技术使得站房结构具有更轻更柔、空间跨度和悬挑越来越大、支撑结构越来越复杂、楼面形状越来越不规则等特点。

新时期铁路站房采用“桥建合一”的建筑形式。所谓“桥建合一”主要是指站房结构中间层架设轨道桥梁，支撑于直接伸入地面的桥墩上，上层结构（包括候车大厅楼面、雨棚、屋盖结构等）通过轨道桥梁上的竖向结构来支撑，下层（轨道以下）设置出站广场、出租车及地铁等。这祥的设计满足了 “以人文本、以流为主”的设计要求，同时也实现了上层进下层出、零换乘的目标。

2、铁路站房钢结构施工监测方法分析

2.1、施工监测的基本方法

2.1.1、应力应变监测

施工阶段关键构件的应力监测是施工监测的主要内容，对于任何结构，其施工阶段关键构件的应力随施工的不断进行都将发生不同程度的变化。在某个施工阶段，结构的内力真实值是否和理论计算值一致，关键构件的受力是否处于安全范围是施工监测的核心问题。

铁路站房钢结构由于体量和面积较大，其施工是一个长期的过程。要实现长期实时监测，采用方便、可靠和耐久的传感器非常重要。应力监测主要有直接测量法和间接测量法两种。直接测量法是利用应力传感器直接测试构件应力，间接测试法是先利用各种应变传感器测量构件某个方向的应变，再通过构件材料的弹性模量换算成构件的应力。目前，工程实践中应力监测一般采用间接测试法，主要有电阻式应变片传感器、振弦式应变传感器、光纤光栅应变传感器等。

2.1.2、结构振动监测

铁路站房钢结构一般采用整本吊装和整体提升的施工工艺，吊装或提升对结构产生随机振动荷载，其动力放大效应有时候往往远大于结构在正常使用下的响应，由此可见，振动问题在施工过程中不可忽视，其重要性和必要性也显而易见。结构动力特性测试方法主要有自由振动法、强迫振动法以及脉动法。在实际工程中一般采用脉动法，即环境激励法。该方法是利用高灵敏度传感器采集数据，经信号故大，借助于随机信号处理技术实现对结构振动响应的测试。该方法无需专门的激励设备，在自然环境激励下，对结构敏感部位进行现场测试即可得到结构响应，具有快速、无损伤、不影响正常施工等特点。

2.2、基于无线传感技术的施工监测系统

对于有线监测技术而言，随着工程结构的面积、高度及跨度越来越大，需要布置大量的线缆来传输信号，由此引发的安装、检测和排除线缆故障等工作比较繁重和困难。尤其是在施工阶段，施工现场复杂，线缆常会遭到不可预料的损坏，需要不定期排查检修，大大增加了费用，同时也造成了监测系统短期中断。对于铁路站房结构，建筑规模和面积较大，施工监测中需要布设的测点数量较多，相应的设备安装、日常维护检修等费用大幅增加，与此同时，在结构上布设大量线缆也影响了族工的正常进行。近年来，无线传感技术发展迅速，鉴于无线通讯设备易于安装、无需布置线缀、节点拓扑关系灵活等特点，无线传感技术在结构健康监测中应用越来越广泛。铁路站房钢结构覆盖面积极大，安装测点种类和数量很多，如何有效组织传输传感器采集到的数据就显得尤为重要。现阶段在结构健康监测领域主要有以下四种网络拓扑结构：

图1

3、工程实例

杭州铁路东站主站房平面尺寸284.7m×514.8m建筑面积,15.5万m2建成后将成为全国最大的火车站之一。钢结构部分包含地下部分,高架候车层和屋盖三大部分。其中，地下部分包括大直径钢管柱,轨道层大截面焊H型钢钢骨和纵横梁格；高架候车层包括大跨度型钢桁架和型钢梁；屋盖支撑体系包括复杂的变截面椭圆钢柱以及东西两端巨型格构式钢柱、屋盖系统主要为管桁架结构体系。

该站房柱网尺寸大，且各层柱网变化明显，结构体系多样，竖向刚度变化大，部分竖向构件应力复杂；同时，屋盖桁架多处采用了整体提升的施工工艺，整体提升控制难度高。因此，有必要对钢结构施工阶段的受力性能进行跟踪监测。

3.1、利用振弦式应变计的监测

本工程采用振弦传感器对钢结构关键部位的应变和温度进行监测。通过应变和温度数据，自动修正温度对传感器的影响，根据修正后的应变获得钢结构表面的应力。振弦式应变计主要是指一种用振弦来进行测量的应变传感器，此种应变计以其传感器结构简单，工作可靠，输出信号为标准的频率信号的优点，非常方便计算机处理或代手段的电路调理。此种方法在钢结构施工过程中跟踪监测的应用主要是通过观察弦振频率与弦张力的变化情况来对相关测量点的应变情况进行记录。在进行测量的过程中，首先需要将钢弦固定在两块焊接于等待监测的钢结构构件之上的安装块中间，安装块的运动变化方式是对机器中每一个独立的运动单元体即构件运动的反应，此时安装块的变化则会引起固定与安装块之间的钢弦张力的变化，钢弦的张力发生变化将会引起连接钢弦的电磁线圈的变化，电磁线圈通过对钢弦进行激振，利用机械振动使钢弦获得一定形式和大小的振动量，进而对其振动的频率进行测量，将变化的张力进行记录。

3.2、测点布置

通过施工全过程的模拟分析，确定施工监测中的关键部位为支撑屋盖体系的倾斜椭圆钢柱、巨型格构柱、商业夹层与斜柱交界处以及屋盖桁架。这关键部位在施工阶段考虑如下因素。

（1）倾斜椭圆钢柱。倾斜椭圆柱从高架层楼面贯通至屋盖，中间还有商业夹层，吊装或提升使得钢柱荷载越来越大。

（2）巨型格构柱。两端巨型格构柱为整个屋盖结构的关键支撑结构，形状独特，节点复杂，计算难以模拟，故柱脚以及拐角复杂节点成为主要监测部位。

（3）巨型格构柱。两端巨型格构柱为整个屋盖结构的关键支撑结构，形状独特，节点复杂，计算难以模拟，故柱脚以及拐角复杂节点成为主要监测部位。

（4）屋盖桁架。施工过程中屋盖分块整体提升以周围主桁架为着力点，结构体系随施工在不断转换，提升时产生动力荷载，这使得施工阶段的受力与成型后的受力不一致。同时，屋盖结构中部分桁架体量及跨度大，跨中应力较大，故桁架跨中成为监测的主要对象。

结语

总而言之，新时期铁路站房均采用大跨度、大柱网的空间结构，其施工工序复杂，结构成形后受力状态可能与设计计算模型所得到的预期受力状态存在一定偏差，因此，我们应该选用合理的监测技术，减少误差，进而使施工顺利进行。

参考文献：

[1]李凌峰.太原火车南站复杂大跨钢结构施工过程受力分析与监测[D].太原理工大学,2012.

[2]汤美清.钢结构施工过程健康监测技术分析[J].广东建材,2011,09:52-54.