关于杭州东站钢结构深化设计探讨

摘要：杭州东站钢结构工程结构形式新颖，构造复杂，其设计充分显示杭州地区的特色。钢结构是工程施工中的一个重要环节，因此需要对钢结构进行深化设计。本文对杭州东站钢结构深化设计的目的原则出发，提出杭州东站钢结构深化设计的重难点及合理化建议。

关键词：施工技术；整体提升；超大跨度；巨型桁架；屋面桁架

中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

杭州东站是“长三角”重要的现代化综合交通枢纽，紧邻钱塘江二桥，是杭州从“西湖时代”迈向“钱塘江时代”的标志性建筑，在设计中充分体现杭州“精致和谐，大气开放”的城市形象，体现面向未来的时代精神。

主站房主要分为四层：首层为出站厅、联系通道以及设备和商业用房，地面标高为-11.200m，顶面标高为±0.000m，层高为11.2m；二层为高架层，由线路、站台和基本站台候车厅组成，其顶面标高为+9.850，层高为10.0m；三层为商业夹层，结构标高为+18.400，层高为8.4m；四层为侯车厅屋盖（不在本次招标范围内），其屋面为圆弧形，最高点标高为39.30m，最低点标高为22.050m。站房最大平面尺寸：顺轨方向为215.2m，垂直于轨道方向为494.45m。

轨道层（首层）主体结构为劲性钢结构，柱子为钢管混凝土组合柱，其主要截面形式有圆钢管和箱形钢管两种，圆钢管柱的最大截面为Ф2000×40，箱型柱的主要截面为口1700×1600×40、口1600×1600×40；钢梁为H型钢，其截面形式有H2250×1200×80×50，H2250×800×40×50，H1500×800×40×50等。

高架层为整个钢结构的重要组成部分，其主要由钢管柱、格构柱和十字交叉主次桁架组成，钢管柱的最大截面为Ф1600×40，内灌C60混凝土；楼层结构为十字交叉桁架（平面桁架），主桁架的最大跨度为46.55m，桁架的最大高度为2800mm。主要杆件截面为箱型和H型两种。

商业夹层平面投影呈“回”字型，在立面上位于高架层以上屋盖层以下，结构标高为+18.400，商业夹层单边的长度约为463.45m，宽度约为42m。

2、钢结构深化设计的目的

根据总包提供的资料，我们在不改变结构形式、结构布置、构件型号、材料种类、节点类型的前提下，对各节点的细部尺寸、焊缝坡口、杆件分段等进行深化设计。

通过深化设计，我们可以得到各零部件的详细规格、尺寸、分段长度、拼装位置；通过深化设计，我们可以对各杆件进行编号、分类，列出材料清单，绘出拼装详图；通过深化设计，我们可以选择合理、科学的节点拼装顺序、各连接部位的焊缝坡口形式，在满足结构安全的前提下，采用既经济，又合理、科学的生产加工工艺，保质保量的完成工程任务。

总之，深化设计是对设计院的施工图纸的有力补充。在满足设计安全、建筑外观造型的前提下，通过联系实际加工工艺，给出合理的加工方案，体现在深化设计中，让设计人员能更加了解工程的实际情况，同时，也可以保证后面工序的顺利进行，圆满完成工程任务。

3、深化设计遵循的原则

3.1 深化设计的深化、优化工作主要为： 根据业主提供的图纸和技术要求，结合加工单位工厂制作条件、运输条件、现场拼装方案等技术要求，对每一个节点及杆件进行实体放样下料，以便工厂加工使用，对部分节点图纸不详的位置进行设计和对不合理的节点及杆件进行重新计算以达到结构优化，并完成钢结构加工详图的绘制。

3.2 加工单位将根据设计文件、钢结构加工详图、吊装施工要求，并结合本公司制作厂的条件，编制钢结构制作工艺书，其内容包括：制作工艺流程图、每个零部件的加工工艺及涂装方案。

3.3 加工详图及制作工艺书在开工前将由钢结构分包委派的项目部报钢结构施工主承包单位审批，图纸由设计单位确认和批准后才开始正式实施。

3.4 设计单位仅就深化设计未改变原设计意图和设计原则进行确认，深化单位对深化设计的构件尺寸和现场安装定位等设计结果负责。

4、深化设计的重难点及合理化建议

4.1 异型构件的精确建模及展开

本工程中用到了大量的变截面椭圆锥型斜柱，此截面形式的构件在钢结构工程中是前所未有的，此截面形式的构件，给深化设计的建模及加工下料带来了极大的困难，加工下料需将构件展开，才能在尽量减少浪费的前提下进行合理的排板及号料。而此构件的展开是深化设计的难点之一。

解决措施：介于此截面形式的构件，需进行大量的思考与分析，先对构件的形状进行分析，寻找规律与合理的解决方法。采用了高等数学中微积分的原理，编写了程序，利用计算机将构件上下截面的椭圆周分为若干小段，分的段数越多、每段长度越短越精确，然后将上下截面的个点连线组成若干小三角形，之后将每个三角形旋转到一个平面上既完成了展开图。经检验，按此程序完成的展开图与实际误差仅为万分子零点五，完全符合设计要求。

在出图时，可依据工厂加工工艺要求，对展开图上的每个控制点进行精确标注，并要求工厂加工时严格按照图示尺寸进行下料，即完成了符合设计和加工要求的展开图。

4.2. 钢柱对接处横隔板的设置

本工程中存在大量钢柱对接节点形式，在原施工图中，钢柱对接处横隔板设置在柱端头与柱对接面齐平位置，这将导致在钢柱对接时焊接垫板无法放置，可能会影响焊接质量。这将是钢柱拼接时的难点之一。

解决措施：将下钢柱中的横隔板上移一半的板厚，上柱的横隔板下移一半的板厚，使横隔板的中心与钢柱的对接面齐平，即横隔板既可当做加劲板用，亦可当做焊接垫板用，这样不仅不影响钢柱的受力性能又可满足焊缝质量要求。

4.3 杆件现场对接连接节点的合理化建议

本工程采用这样的对接形式，解决了施工过程中高空对接不易对接的情况；在以往工程中均采用该对接形式，该对接形式有着降低加工制作难度、减少制作周期和制作成本且保证了构件的等强连接的优势

4.4 构件顶端封板的合理化建议

为使构件内外空气隔绝，并确保组装、安装过程中构件内无积水，构件等空心构件的外露端口采用钢板作为封头板，并采用连续焊缝密闭。该节点形式为在圆管端部开坡口进行部分熔透焊，这样既不利于焊接，也给工厂加工增加加工工序，造成不必要的浪费。

建议改为：封头板半径比圆管半径小半个壁厚，封头板与圆管间形成一个自然焊接坡口进行角焊缝焊接。这样既减少了工厂加工工序，又降低了焊接难度。

4.5 高架层柱脚支座节点的合理化建议

高架层柱脚支座按施工设计图中的形式，在吊装时对于柱脚的垂直度及标高比较难以控制。所以建议在柱脚底板下面各锚栓处均设置一颗调节螺母及配套垫板，以满足在桁架吊装时方便调节其垂直度及标高。

结束语

杭州东站钢结构工程结构形式复杂，施工难度大，技术要求高，在进行工程施工的过程中，钢结构的深化设计尤为重要，关系到工程施工整体效果，因此需要对钢结构深化设计进行研究，找出一个适合本工程的设计方案。

参考文献：

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[4] 郭彦林，崔晓强. 大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J]. 工业建筑,2004.