程小春

中铁北京工程局集团北京有限公司 北京 100070

1 工程概况

太原南站作为山西省第一座大型现代化高铁客站，对接石太、大西客运专线以及太中银等线路，位居山西省十大建筑之首。车站由东站房、西站房、高架候车厅三部分组成（图1）。站房总建筑面积203 000 m2，地下1层，地上2层，地下为钢筋混凝土框架结构，地上为伞状单元体钢结构。外围护体系广泛采用双层仿青砖窗花式组合幕墙，屋盖采用直立锁边铝镁锰合金金属屋面配合聚碳酸酯板采光天窗。车站于2008年12月28日开工，2014年7月1日开通运营。

图1 太原南站实景

太原南站作为大型铁路客站，工程设计新颖、构思独特，高大空间，通透舒适。车站结构巧妙运用“斗拱飞檐”“窗花幕墙”等建筑形式，体现“唐风晋韵”设计理念。结构体系复杂、技术含量高。针对这些特点、难点，经不断探索、研究，总结出了一系列适用于大型铁路客站的施工技术，如大跨度放射伞状空间桁架的分块安装技术、仿青砖式窗花组合幕墙施工技术、轻质异形屋面施工技术、32 m高空间反吊顶施工技术等综合施工技术，解决了施工中的难题，社会效益与经济效益显著。

2 大跨度放射伞状空间桁架的分块安装技术

2.1 设计综述

太原南站主站房钢结构屋盖由48个36.0 m×42.8 m伞状单元组合成整体屋盖，包含西站房A区2排伞状单元结构，高架候车厅B区5排伞状单元结构，东站房C区1排伞状单元结构（图2）。屋盖在选型时，汲取了唐朝宫殿斗拱飞檐的形象，将建筑形态与结构受力特点相结合，不但结构受力合理、经济，同时也满足建筑形体美的要求。

图2 太原南站站房屋盖分区

2.2 主要施工技术

根据本工程钢结构设计特点，钢结构采用分块拼装、高空安装的施工方法：结构分块增加每次吊装量，减少了吊次；分块拼装在地面进行，减少高空的工作量，保证了施工质量；吊装时，桁架底部设临时支撑，待主次桁架与柱及柱顶节点焊接完成后，卸载拆除[1]。

2.2.1 屋盖分块划分形式及拼装技术

1）分块划分：根据伞状单元的结构形式，柱顶节点为放射伞状空间桁架的中心，起到连接主次桁架和变截面钢-混凝土桁架的关键作用，因此，每把单元伞划分为柱顶节点分块、主桁架分块和次桁架分块，如图3所示。

图3 屋盖分块划分示意

2）分块拼装：采用地面活动拼装胎架，随拼装进度移动拼装胎架的方式进行拼装（图4、图5），确保屋盖桁架焊接精度，减少高空焊接工作量，充分利用大型履带吊的特性及优点。

图4 桁架分块拼装胎架设置

图5 桁架分块杆件组拼

2.2.2 临时支撑设置技术

根据屋盖分块及安装方式，合理设置临时支撑。临时支撑体系设计除满足其上部吊装分块的承重要求与定位精度外，还必须考虑其下部支撑面的结构现状，其支撑反力必须小于下部结构的设计承载力。必要时需增设过渡梁、路基箱等工装，将其支撑反力转换到相邻的梁、柱上，或扩大其底部受力面积，其间必须经过严密的结构验算计算与反复比较。

2.2.3 屋盖分块安装技术

根据构件分块安装的条件，通过对吊车的选型、吊装工况的数据分析计算以及桁架分块安装的起拱量数据分析计算，屋盖主桁架采用两点吊装法，其中一端采用倒链葫芦进行挂钩，以便在进行主桁架的安装就位时进行调节，通过全站仪对主桁架进行精确的测量定位，确保屋面分块顺利安装；柱顶节点、屋分块采用四点吊装法，其中2个挂点采用钢丝绳，另外2个挂点采用倒链葫芦进行钩挂（图6）。

图6 钢结构分块吊装

2.2.4 多节点对称焊接技术

伞状单元体单个平面投影尺寸为36.0 m×42.8 m，主桁架与柱顶节点单元一共有12个对接焊接接头，次桁架与主桁架一共有112个焊接接头。主桁架采用对称施焊，次桁架采用从里向外放射推进施焊技术，先焊接主桁架，再进行次桁架分块接头与主桁架的节点对称焊接。吊装单元之间采用循序推进的原则，使焊接应力均匀分布。

2.2.5 屋盖钢结构卸载技术

钢结构卸载通过理论研究分析和应力应变试验相互验证的方法进行，采用同区等距、分步实施的卸载方法和卸载控制技术措施。单个伞状单元体的卸载遵循由外向里的原则，使荷载逐步集中，传递到钢柱结构体系上。单个支撑的卸载采用切割法，通过分级拆除在支架或支撑顶部的胎架模板，按多次循环、微量下降的原则，来实现荷载的平稳转移。

2.3 实施效果

该项钢结构安装技术在国内钢结构工程中的应用属于首创，其将单元体中的主次桁架拆分并组合成柱顶节点分块、主桁架分块、次桁架分块进行吊装，减少了吊次和高空操作。该技术的应用提高了大型机械的使用效率，保证了施工进度，同时也保证了钢结构施工质量和安全。

3 双层仿青砖式窗花组合幕墙施工技术

3.1 设计综述

太原南站双层仿青砖式窗花组合幕墙由室外和室内双层幕墙组成。该幕墙将厚25 mm济南青花岗岩石材加工成石材盒子，表面打磨成约45°斜纹，制作成仿青砖形式，然后与玻璃安装在一起，组成内外双层幕墙，突显凹凸窗花形式（图7）。

图7 仿青砖组合幕墙节点

3.2 主要施工技术

3.2.1 双层仿青砖式窗花组合幕墙龙骨及玻璃安装技术

双层仿青砖式窗花组合幕墙安装在幕墙钢结构的装饰槽钢上，在装饰槽钢测量放线检测完毕后，最后确定需要安装的组合式幕墙竖向钢龙骨分格与进出位置。石材与玻璃利用竖向龙骨及角码连接，无横向龙骨；石材盒子侧面压玻璃铝边框，缝隙宽8 mm，石材与石材之间缝隙宽3 mm，均采用黑色中性硅酮耐候密封胶密封。为防止通过玻璃透视内部龙骨，背面采用与石材颜色相近的铝塑板封修整体龙骨体系。

3.2.2 双层仿青砖式窗花组合幕墙安装技术

幕墙面材板块以256 mm为模数，错落对缝安装，安装时由下向上逐层安装，第1层石材安装基准线精度控制是关键。在保证基准线精度的基础上，通过横向水平通线、竖向垂直通线，对石材盒子水平、垂直、平整度、间隙尺寸等进行严格控制和校核，逐层安装、逐层检测，减少安装误差。

3.2.3 石材板块制作成仿青砖石材盒子技术

石材通过选择同矿山、同层、同阴阳面荒料来保证色泽均匀；用砂锯将荒料切割成厚25 mm的标准毛板，再按加工需要的尺寸用红外线切割仪进行切割，保证对角线误差不超过1 mm。石材盒子需加工约35 000个，首先自制钢制固定模具，把切好的石材小板块加工成石材盒子。要求加工出来的石材盒子尺寸误差小于1 mm，垂直角度误差小于20′。石材盒子板块拼接处开短槽，槽内设置长5 cm钢销连接加强，然后用石材黏结专用胶将板块拼接处填缝饱满。

3.2.4 石材盒子表面机磨纹处理技术

石材盒子外表面用手持角磨机进行机磨处理，打磨成约45°斜纹，形成整体仿青砖效果。打磨时必须注意消除侧面拼缝处石材黏结痕迹，保证整体磨纹协调统一（图8）。

图8 石材表面机磨纹处理

3.2.5 保温节能降噪技术

通过四重密封胶、空气隔离带（2层仿青砖式窗花组合幕墙中间为宽800 mm的空气隔离带）、石材盒子背后填塞50 mm厚保温岩棉等措施，Low-E中空玻璃在保温、隔热、降噪隔声、采光等方面有无与伦比的优势，节能效果显著（图9）。

图9 石材盒子安装完成

3.3 实施效果

太原南站组合幕墙将玻璃与石材这2种建筑材料结合成一种幕墙形式，打破了传统幕墙形式，在国内大型工程中的应用尚属首创。在工程施工期间通过专家论证、施工样板等，保证2种不同形式的幕墙相互交融、相互结合。

4 轻质异形屋面施工技术

4.1 设计综述

太原南站主站房屋面为直立锁边铝镁锰合金金属屋面，该屋面结构部分采用H型钢及C型钢作为主次檩条；面层系统依次为镀锌钢丝网、铝合金支座、隔气膜、保温棉、防水透气膜以及压型铝镁锰金属屋面板；排水系统采用厚2.0 mm的SS304不锈钢板，采用冷弯成型工艺制作成宽600、700、800 mm，高300 mm的天沟；采光系统使用厚25 mm聚碳酸酯板，在每把单元伞上形成X形采光天窗；檐口部分采用型钢龙骨及厚3 mm铝单板制作而成；另外，屋面设计有28个通风塔，分布于单元伞的中心（图10）。

图10 金属屋面全景实体

4.2 主要施工技术

4.2.1 屋面板施工技术

1）屋面结构层次：本工程屋面结构层次为钢结构、主檩条、次檩条、钢丝网、支架、隔气膜、保温棉、防水膜、屋面板（图11）。面板采用板型为65/400型、宽400 mm、厚0.9 mm、长0.5～18.5 m的彩色瓦楞钢板；防水隔气膜采用厚0.49 mm的特卫强防水透气膜、厚度0.25 mm的特卫强隔气膜；保温棉采用厚100 mm、密度为24 kg/m3的玻璃丝棉。

图11 两板接头节点

2）防水性：屋面板设计有一定的坡度，顺排水方向的屋面板都是整板、无搭接，防水效果好；屋面板块之间采用机械直立锁边咬合形成密合的连接，屋面板上无任何穿孔，防水性好（图12）。

图12 聚碳酸酯板施工完成

3）抗风性：屋面设置专用防风卡。防风卡为高60 mm、宽70 mm的铝合金卡件，单个防风卡采用2颗螺丝进行固定，安装位置从外檐口第1排固定支座开始安装，布设横向间距为1.2 m，纵向间距为4.5 m。

4.2.2 屋面系统构造防水、节能、耐久施工技术

1）屋面系统构造防水：天沟与屋面交接处、屋脊与采光天窗交接处应用了构造防水措施。天沟与屋面交接处采用专用密封条及披水板、L30滴水线，使水垂直滴入水槽中，不会形成倒流现象；屋面板与采光天窗采用Z字形披水板进行过渡，屋面板伸入披水板250 mm，伸入屋面板端头上弯50 mm，并且设置挡水片，以保证水不会倒流。

2）屋面节能、耐久技术：屋面上部设有自动通风塔进行室内外空气流通，根据室内温度需要，自动调节电动百叶，从而降低了空调用电量。本工程屋面为点支撑方式，面板只与支架发生接触，支架底部特别设计有阻隔塑料垫，将支架与檩条相阻隔，避免产生结露，避免了长久使用中檩条对支架可能产生的锈蚀。

4.2.3 聚碳酸酯板施工技术

采光天窗采用聚碳酸酯板，采光面积达15 000 m2，每把单元伞采光形式为X形。采用拜耳品牌中的厚25 mm聚碳酸酯板（聚碳酸酯板具有高透光性、强隔声性、低热导率、难燃性、强抗冲击性等特点），板材采用宽65 mm专用铝型材固定，在温度变化时，能起到伸缩作用，且能达到防水效果。

4.2.4 通风塔采用联动技术

屋面共设28个通风塔，采用联动技术，在正常情况下自动控制通风换气。控制通过遥控和楼宇监控系统及消防联动系统来完成，在发生火灾时电动通风百叶自动排烟。

4.3 实施效果

太原南站站房金属屋面的屋面板采用直立锁边技术，采光天窗采用聚碳酸酯板，根据伞状屋面的几何尺寸及大跨度的屋面特性，选用了构造防水做法，既保证了结构安全，同时也满足了建筑美学及使用功能的要求。

5 32 m高空间反吊顶施工技术

5.1 设计综述

太原南站站房由48把伞状单元体组成，室内主天花板吊顶整体设计效果呈伞形，每把伞形成倒四棱锥形的不同斜面。天花板采用铝板吊顶，空间层高为19～28 m不等，每把伞面积约1 400 m2，主要规格为400 mm×4 000 mm、400 mm×4 500 mm，铝板间横向留缝5 cm，纵向留缝1 cm。

5.2 主要施工技术

5.2.1 安全保障措施

1）荷载计算：反吊顶施工之前对主龙骨荷载进行计算，通过龙骨的多样选择和试验确定龙骨类型，确保结构安全。

2）施工平台、安全生命线设置：单元伞施工区域合理利用钢结构下弦杆铺设木跳板并进行固定，同时在钢结构斜支撑上捆绑钢丝绳（安全生命线），施工操作面满挂安全网，确保施工中人员安全。

3）抗风性：在专用挂件上预设专用防风挂件扣锁，保证铝板的抗风安全。

5.2.2 质量控制措施

1）预测量：施工前根据施工图纸，对整个单元伞结构的平整度、垂直度、标高等尺寸进行预测量，确保精准度。

2）板面平整度：板面平整度主要从两方面进行控制，一是铝板材质的选择，二是施工过程中的控制。铝板采用AA5050系列厚1.5 mm氟碳辊涂冲孔铝板，从材料源头保证板面平整度。施工过程中通过对专用挂件间距的控制、吊杆长度的控制、主龙骨角度的控制，保证板面的平整度。

3）板缝：铝板纵向间距10 mm，横向间距50 mm，施工过程中采用专用的离缝卡件保证缝隙大小匀称。

5.3 实施效果

该项技术摒弃了传统满堂红脚手架，既节约了大量的材料，降低了造价，也为施工提供了有效的工作面，便于组织立体交叉施工，保证了工期。

6 结语

太原南站严格按照“汾水杯”“鲁班奖”要求施工，力求把太原南站打造为精品工程。建设施工过程中，针对太原南站工程特点、难点，在解决实际问题的同时，对设计和施工技术进行了详细的研究和总结，尤其是大跨度放射伞状空间桁架的分块安装技术、仿青砖式窗花组合幕墙施工技术、轻质异形屋面施工技术、32 m高空间反吊顶施工技术等多项综合施工技术的研究应用，很好地解决了施工中存在的问题，保证了工程工期、质量，取得了良好的社会效益和经济效益，为今后大型公共建筑施工提供了示范作用，具有较大的推广和借鉴价值。