我国铁路客站钢结构广泛应用，耐久性问题日益突出

0 引言

近年来，得益于国家战略的指引和铁路建设的迅猛推进，我国成功打造了一系列展现时代特色的铁路客运站。在这些客运站的建设过程中，钢结构被广泛运用在了大跨度屋顶、站台遮雨棚、站房支柱、连廊以及跨线天桥等多个关键部位，从而成为了主要的建筑结构形式。在客站运营与维护阶段，许多钢结构部分属于不易被察觉的工程，这给检查和维修带来了不便。这些结构的耐久性问题愈发明显，不仅会对结构本身的安全性构成威胁，而且由于它们靠近铁路线路，还可能对铁路的正常运营产生不利影响。

铁路客运站作为铁路的门户、城市的标志，备受社会关注，人流量大，一旦安全问题引发，其危害性显著增加，极易造成社会舆论的波动。截至目前，我国铁路客运站数量已超过3000座，其中高铁客运站数量更是超过了1400座。在客运站的使用过程中，环境腐蚀、风力荷载以及列车振动等因素都会导致结构发生改变，进而对钢结构造成不同程度的损害。若这些腐蚀与损害未能及时得到检测与识别，且未进行适当的、合理的修缮，那么它们将对车站的正常使用功能产生不利影响，进而可能危及行车安全及旅客的人身安全。

1 客站钢结构的特殊性

铁路客运站的钢结构与普通民用建筑中的钢结构存在差异，鉴于其紧邻铁路轨道，一旦钢结构出现损伤，极可能对行车安全构成威胁，进而引发严重后果。客站钢结构的独特性主要表现在以下几个层面：

这些站房普遍采用大跨度设计。例如，北京南站、上海虹桥站、天津西站和济南西站的屋盖跨度在50至114米之间，而站台雨棚的跨度大约为40米。值得一提的是，近年来新建成的济南东站，其屋盖跨度更是达到了156米。这类钢结构系统具有规模庞大、跨度宽广、结构设计独特的特性，不仅其设计及施工环节技术要求较高，而且在项目完工交付使用后，如何实施高效的管理与维护也是一个不容忽视的挑战。

铁路客站的围护结构及其连接方式相当复杂。为了满足美观需求，客站大量使用了金属屋面板、幕墙以及干挂石材等围护材料，而这些结构的连接部分则普遍采用了自攻螺钉和专用卡件。在列车运行过程中，受到风力和振动等外力的影响，这些连接部分可能会出现失效和破坏的情况。而且，这种问题往往不易被察觉，一旦发生，可能会导致雨棚屋面板被掀起甚至掉落，进而引发行车事故，对股道安全构成威胁。

铁路客站广泛使用了无柱式雨棚和跨线式旅客天桥，这些结构的高度通常在10至15米之间，远高于轨道顶部，且多数情况下，这些雨棚的支柱与接触网是共同建造的。为确保列车平稳行驶，铁路部门只能在凌晨3至4小时内的“天窗期”进行接触网断电、脚手架搭建、安全防护设施安装、高空检修与维护以及现场恢复后接触网供电等工作。由于时间紧迫，高空作业难度较高，这给检修工作带来了诸多不便。

列车行驶过程中，风力和人群的作用对客站钢结构产生了显著影响。列车运行不仅对钢结构产生了不可忽视的影响，而且列车产生的风和振动对跨线设施的主体结构及其围护结构的作用机理和影响机制相当复杂。这种复杂性导致了客站钢结构出现不利的变形和振动现象，在极端情况下，甚至可能引发共振效应。我国地域广阔，台风频繁，对金属屋面板、檐口板、吊顶板等结构造成的影响尤为显著，极易导致破坏和部件脱落现象。同时，人群荷载也是影响天桥、连廊等结构安全的关键因素之一，若人群荷载引发共振，将严重降低旅客候车的舒适体验。

2 客站钢结构使用现状

2. 1 现场调研

依据我国现行的国家标准GB50176—2016《民用建筑热工设计规范》，我国的气候分区被细分为五个类别，包括严寒区、寒冷区、夏热冬冷区、夏热冬暖区以及温和区。根据温度带的划分原则，各地因积温差异而自北向南依次分布为寒温带、中温带、暖温带、亚热带、热带等不同温度带，同时还包括独特的高原气候区域。

我国的干湿区域划分主要依据气候条件和降水量，具体分为干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区。华东、华中、华南以及沿海地带均被划归为湿润区；东北地区的湿度在冬季因季节性降雪等因素而高于夏季，因此既包含半湿润区也涵盖湿润区；华北地区则归类于半湿润区；而西部地区则主要属于干旱区和半干旱区。

在国家铁路集团有限公司工电部的领导下，我们针对12个铁路局集团公司进行了实地考察。考察覆盖了华北地区的中国铁路北京局、太原局集团有限公司，东北地区的中国铁路哈尔滨局、沈阳局集团有限公司，西部地区的中国铁路乌鲁木齐局、兰州局、青藏集团有限公司，华东地区的中国铁路上海局、济南局集团有限公司，华中地区的中国铁路郑州局、武汉局集团有限公司，以及华南地区中国铁路广州局集团有限公司。调研区域包括了严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖等多种气候类型，从北至南涵盖了中温带、暖温带、亚热带、热带等不同温度带，还包括了独特的青藏高原气候区，并且覆盖了所有干湿地区。具体调研线路见表1。

表1　调研线路

2. 2 使用现状

经过调查分析，我们了解到不同气候区域的客运站钢结构应用情况存在差异，大致可归纳为客运站屋顶钢结构、跨越线路的雨棚钢结构以及金属屋顶和吊顶等围护性钢结构。

2. 2. 1 屋盖钢结构

屋盖钢结构大多位于室内，遭受人为、环境及设备侵蚀的情况相对较少。经过调研，我们发现屋盖钢结构的使用状况整体表现不错，并未发现大规模的锈蚀、涂层剥落或节点损坏等问题。

目前，屋盖钢结构主要采用网架和空间桁架的结构体系。这种钢结构的耐久性主要受到屋面渗漏水的负面影响，容易导致局部出现锈蚀现象（见图1）。屋面渗漏问题成因多样，主要涉及屋面材料接合部（例如屋面板与采光天窗的交界）使用的密封胶或防水胶因老化而失去效能，加之温度波动导致材料接合部出现显著收缩变形，这两者都是导致屋面渗漏的关键因素。然而，渗漏点通常隐藏在结构层内部，难以察觉，同时也不便于进行维修和更换，这进一步加剧了钢结构局部生锈的面积。

图1 屋盖钢结构的局部锈蚀

节点的螺栓出现松动或缺失的情况，是损伤破坏的主要表现（参见图2），而这些大多是由于施工过程中遗留的问题所导致。

图2 部分螺栓球节点螺栓缺失

2. 2. 2 雨棚等跨线钢结构

跨线设施的钢结构在温度、湿度、风沙、气候、雨雪以及列车风等多种因素的作用下，其耐久性相较于屋盖钢结构有所不足。其中，雨棚钢结构的一个显著问题是钢柱和钢梁的涂层出现了脱落现象（见图3），并且部分钢结构出现了严重的锈蚀。此外，无站台柱雨棚中的钢管立柱内部布置了落水管，这导致钢结构从内部开始锈蚀，而外部却不易被发现，从而形成了严重的安全隐患。雨棚的横梁上所装的接触网吊柱及其连接螺栓普遍出现了严重的锈蚀现象，由于接触网的高压特性，这使得它们无法得到及时的检修和重新涂装（如图4所示）。雨棚的屋面板和吊顶板共同构成了一个封闭的空间，这样的结构对内部的钢结构造成了遮挡，给巡检和维修工作带来了不便。此外，屋面板的漏水问题还会导致钢结构生锈（如图5所示），这对列车的行驶和候车旅客的安全构成了严重的隐患。

图3 钢柱涂层整块脱落

图4 接触网与雨棚合建导致检修困难

图5 站台柱雨棚屋面漏水引起锈蚀

沿海地带受高温、高湿、高盐气候条件的侵袭，导致雨棚钢结构普遍出现广泛的锈蚀现象（如图6所示）。在寒冷地区，气温的反复变化引发了冻融效应，致使涂层大面积脱落（如图7所示），同时，持续的雨雪侵蚀作用使得雨棚柱脚的涂层呈现出广泛的斑驳和锈迹（如图8所示）。在气温极低的严寒地带，冻胀问题尤为突出，钢柱顶部的密封端板出现裂缝并渗水。在极端低温环境下，冻胀作用会引发构件和节点的失效，进而对钢结构的安全构成整体威胁。西北地区由于海拔较高、气候干燥且紫外线强烈，使得涂层和耐候胶更容易出现开裂和老化现象。此外，持续的沙尘侵袭也加剧了钢结构涂层的磨损和锈蚀（如图9所示）。同时，天沟中淤泥堆积较多，若清理不及时，便可能滋生植物。

图6 跨线钢结构出现大面积锈蚀

图7 冻融导致涂层大块脱落

图8 雨棚柱脚涂层斑驳及锈蚀

图9 风沙冲刷引起涂层磨损锈蚀

2. 2. 3 金属屋面及吊顶等围护结构

围护结构的安全性与耐久性至关重要，不容忽视。金属屋面和吊顶板容易出现锈蚀和局部破损，龙骨的锈蚀和连接的松脱现象也较为普遍，板件的变形问题亦不容小觑。板件的局部破损和外力导致的局部变形是较为容易发现的病害（见图10），同时檩条和龙骨的锈蚀以及螺栓的松动等问题也值得关注。

图10 板件局部变形

华中、华南以及东部沿海这些地区，由于降雨量充沛且温湿度较高，屋面板和吊顶板容易出现锈蚀现象，尤其是屋面板因凹陷或变形等问题导致的积水，在雨水长时间反复冲刷浸泡下，更容易出现腐蚀迹象（见图11）。此外，屋顶渗水现象亦颇为普遍（参见图12），其成因主要涉及温度波动引起的材料接缝处显著收缩变形、密封或防水材料的退化造成的接缝脱落、以及天沟或雨水口排水不畅导致的缝隙渗漏等问题。然而，渗水点往往难以察觉，且查找过程复杂，若局部出现漏水或檩条、龙骨等隐蔽部位的构件内部受潮，将加速构件及其连接的腐蚀，并在恶劣天气或外力作用下更容易发生脆性断裂。

图11 吊顶板大面积锈蚀

图12  因漏水引起的锈蚀

3 改进策略

通过对全路各气候区域的实地考察所得，考虑到客站钢结构在运营中可能面临的风险，并旨在实现风险提前预防和可控管理的目标，我们提出了针对高温、高盐度、强风、降雨、严寒以及风沙等不同环境条件下的设计及运维策略建议。为了深入研究钢结构腐蚀与损伤的特性和分布趋势，完善客站钢结构的安全评估机制及处理措施，同时，对TG/GW105—2014《铁路运输房建设备大修维修规则（试行）》中关于钢结构养护与维修的相关条款，提出相应的修订意见。

3. 1 优化不同环境下客站钢结构设计

华东、华南及沿海等雨量丰富的区域，在规划天沟尺寸、落水管直径和数量时，需充分考虑到瞬间大量降雨对屋面排水的影响；而在气候寒冷的地区，应避免将雨水管安装在钢管柱内部；在严寒地带，还需充分评估冻胀效应，对钢构件和节点进行密封处理，确保密封端板既具备足够的强度和刚度，又能保证连接的可靠性。

在温差显著的环境区域，对屋面板因温度变化而产生的膨胀与收缩现象给予了充分的考量，并留有足够的变形余量。

在规划设计中，需充分考虑为后期维护预留必要的设施条件，这包括但不限于站房屋顶检修通道、雨棚结构检修通道、屋面面板检修通道、天沟检修通道以及防护栏杆和防坠落系统等，以确保检修和涂层涂装工作的顺利进行。

在设计中，我们应尽可能避免将接触网与雨棚柱共同建造，这样做有利于运营期间对维护工作的开展。

建筑和结构设计需充分考虑高温、高湿、高盐分、强紫外线辐射、日夜温差变化、风沙侵袭以及极端寒冷等可能产生的不利条件；沿海地带应尽量避免采用钢结构，或者采取更为有效的涂层防护手段，并选用耐候钢、不锈钢等材料来增强结构的耐久性。

3. 2 改进客站钢结构运营维护管理措施

提升房建段技术人员在维修养护领域的专业技能，通过开展针对性的知识培训，同时提供一系列先进的新型检维修设备，例如涂层厚度测量仪和垂直锁边机等。

对于位于高温、高湿、多盐雾等恶劣环境的客站，建议适当减少房屋设施的综合维修周期。

天沟侧的防坠落系统可用来稳固封檐板，以此避免封檐板因风力作用而掉落。

施工完毕后的质量检验对于后续使用期间的日常保养具有极其重要的意义，因此建议增强预先参与的力度，把隐蔽部位的结构潜在风险降到最低水平。

针对封闭式雨棚缺乏检修作业空间、结构问题难以察觉等局限，可采取移除吊顶板等装饰性构件的措施，并同步对生锈的主体结构实施新的防腐蚀涂料施工。

3. 3 健全客站钢结构安全评估体系

客站钢结构在多种力的作用下，面临着复杂的受力状况。经过现场调研，我们发现，尽管铁路运营维护部门依据TG/GW105—2014《铁路运输房建设备大修维修规则（试行）》的规定，对日常巡检和定期巡检的周期进行了现场巡视检查，但目前的运营维护工作主要集中于病害问题的记录与维护。然而，这种以现场巡视检查为核心的维护工作，并未对客站钢结构的安全性、耐久性和适用性进行评价。对于设计年限即将到期的围护结构，缺乏相应的评判标准和执行依据。此外，对客站钢结构的整体服役状态也缺乏系统的评估。客站钢结构所涉及的构件、节点和连接件数量庞大，遭遇的常见病害类型繁多，并且这些病害之间相互影响，一旦出现多处病害，便缺乏一种安全可靠的评估手段来判断这些病害是否会引发结构整体的安全问题，因此难以确保跨线钢结构的安全稳定运行。

客站钢结构所出现的病害可依据现行标准体系划分为腐蚀与损害两大类。目前的国家或行业标准体系主要集中于现场检测的技术与方法，亦或专注于专业检测后的等级评定与可靠性鉴定。然而，对于日常的检查与评估，尚无相应的标准可循。故此，需参照铁路运营维护管理日常巡查的规范，构建客站钢结构日常巡查与评价的标准体系，并确立常规巡查与评价的检查项目、具体内容、巡查周期以及评价的依据等。检查内容需涵盖建筑主体及外围护系统，其中主体结构的检查与评估应着重于钢制构件与接合点的锈蚀与损坏，以及可能危及乘客与列车运行安全的其他因素；而围护结构的检查与评估则需针对屋面面板与支撑龙骨、吊顶面板与支撑龙骨、檐口面板、天沟等外围护部件及其连接部位的锈蚀与损坏状况。

基于对钢结构耐久性与适用性的考量，针对主要依赖目测和敲击的常规检测，提出了一套切实有效的检测手段和评估策略。同时，建立了结构系统与构件两个层面的状态评估标准。通过实地收集构件与节点的腐蚀与损伤数据，对主体结构与围护结构的状态等级进行评定，并据此提出相应的处理和维护建议。

评估结果显示，状态等级已超出常规维护界限，此时需聘请专业机构进行检测和评估。同时，应立即对构件和节点的腐蚀及损伤进行修复或加固处理。铁路运营维护部门依托日常评估标准体系，能够实时监控客站钢结构的安全使用状况。据此，他们可依据评估数据提出针对性的检测、评定以及大修整治建议，从而确保结构安全，减少运营风险。

3. 4 修订客站钢结构维护管理制度

TG/GW105—2014《铁路运输房建设备大修维修规则（试行）》是唯一一部专门针对铁路运输房建设备运营维护的技术规范，至今已实施十年。然而，面对当前层出不穷的新情况，这部规章显现出一定的局限性。基于调研与实际操作经验，对TG/GW105—2014《铁路运输房建设备大修维修规则（试行）》中涉及钢结构养护维修的相关条款（包括附录5、附录9、附录11、附录14）提出了修订意见。

3. 4. 1 附录5修编建议

附录五中明确了对房屋及建筑物中钢结构承重部件的检查时间规定，现提议删除关于竣工年份的要求，针对室内与室外的钢结构分别对待，依据当前的管理实际情况，制定日常巡查与周期性巡查的检查时间表，具体内容可参考表二和表三。

表2 房屋、构筑物钢结构主体构件检查周期（室内）

表3 房屋、构筑物钢结构主体构件检查周期（室外）

3. 4. 2  附录9修编建议

附录9原条文关于房屋设备应急检查的灾害项目设定为“风力达到6级或以上”，然而在调研中我们注意到，沿海地带台风频繁，即便是内陆地区也偶有极端天气出现，因此仅以6级风为标准并不能完全适应我国高速铁路运营区域的实际情况。为此，我们建议将标准修改为“实际承受的风压值超过设计文件中所规定的基准风压值”，这样就可以依据气象部门的提前预报，来决定是否需要进行应急检查。

3. 4. 3  附录11修编建议

附录11中的规定明确了钢结构的维修周期，然而调研结果显示，沿海地带因其高温、高盐、高湿的特性，钢结构普遍存在腐蚀现象，且腐蚀的面积和深度尤为严重。据此，我们结合调研数据，运用可靠度理论，构建了锈蚀作用下的时变可靠度计算模型，对腐蚀对构件及整体承载力的作用进行了全面评估和量化。研究结果表明，原条文所规定的综合维修年限对于沿海地区的钢结构来说，存在一定的安全隐患。鉴于此，建议对沿海地带的钢结构承重部分、支撑装置以及表面涂层进行定期维护，以缩短其维修间隔，确保运营过程中的安全性。

3. 4. 4  附录14修编建议

附录14所规定的客货共线铁路及高速铁路维修所需的主要工机具设备清单，然而调研结果显示，这些工机具已无法适应当前新技术和新工艺的需求。比如，对于钢结构涂装的检查，原条文只提到了涂层测厚仪，却未对涂层的附着力检查提供相应的工具；另外，原条文对于构件内部缺陷的检测方法并未给出，而声发射测试仪能够通过声发射信号来探测构件及连接的内部构造缺陷或裂纹损伤的活跃状态，这对发现构件及连接内部的缺陷或损伤大有裨益。因此，我建议在附录14的设备明细表中添加“附着力检测设备”“声发射检测设备”“游标卡尺”等维修工具，以此来提升日常检查与维修的效率和品质，及早发现潜在病害，防止安全问题的发生。

4  结束语

当前铁路客运站钢结构在日常运用中显现的问题，是设计、施工、运营维护以及环境因素相互作用的结果。设计应以保障运营安全为宗旨，需从设计阶段开始为运营单位提供优质的维护环境。同时，施工质量的高低对结构的安全性有着直接的影响，必须避免赶工期、无序施工等问题。

日常运营维护对于确保客站钢结构长期安全至关重要，因此，有必要构建一套客站安全评估与评价体系。在此体系中，需明确安全风险源的管理流程，并制定相应的防范措施。同时，应设立客站全生命周期的健康安全巡检、评估、监测和整治体系，并制定相应的标准和实施细则。制定铁路客运站维护操作指南，具体阐述客站投入使用后，对主体结构、金属屋面、吊顶等关键构件的检测、保养、维护要点以及养护维修的具体规范。此外，还需加强信息化管理，打造一个科学且高效的系统。对于天窗点作业、雨棚等特殊区域，需按照巡检维修一体化的思路，研发智能化技术体系，从而提高铁路客运站钢结构运营维护的智能化程度。

节选自《中国铁路》2025年第3期

相关信息

作      者：

翁凯，中国铁路设计集团有限公司建筑设计研究院。

史宪晟，中国国家铁路集团有限公司工电部。

杨强，中国铁路设计集团有限公司建筑设计研究院。

余洋，中国铁路设计集团有限公司建筑设计研究院。

翁凯、史宪晟、杨强等人对铁路客运站钢结构维护的现状进行了深入研究，并提出了相应的改进措施。

. 中国铁路, 2025(3): 147-154.