鹽城南洋機(jī)場T2航站樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

余少樂 郭 春 吳 量 顏峻生 張學(xué)偉 陳新喜 張其林

1. 中國建筑第八工程局有限公司 上海 200120；2. 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程建設(shè)概況

江蘇省鹽城南洋機(jī)場T2航站樓及配套工程，建筑總面積49 000 m2，包括T2航站樓、地下車庫、站前高架。T2航站樓高27 m，東西長183.6 m、南北寬75.6 m，地上2層、局部地下1層，一層柱距18 m×18 m，二層柱距36 m×36 m。車庫地下1層，東西長168.0 m、南北寬155.2 m，高度5.0 m，柱距9 m×18 m；站前高架共9聯(lián)，總長401.492 m。鋼構(gòu)件主要分布在T2航站樓。鋼結(jié)構(gòu)主要由屋蓋鋼結(jié)構(gòu)、外露單層網(wǎng)殼、錐形鋼管柱、3層鋼框架鋼結(jié)構(gòu)、鋼雨棚和檢修馬道等組成，鋼構(gòu)件主要材質(zhì)為Q345B、Q390B和Q390C。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的曲面造型，跨度較大，是工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由縱向桁架、橫向桁架、天窗及封邊梁結(jié)構(gòu)等組成，構(gòu)件截面形式主要有φ127 mm×5 mm、φ273 mm×16 mm、□500 mm×300 mm×8 mm×10 mm等，主要材質(zhì)為Q345B。

整個(gè)屋蓋由18根鋼管混凝土柱支承，通過柱頂?shù)某善枫q支座與鋼柱相連。屋蓋桁架主要由圓管組成，通過相貫焊連接。桁架間通過圓管支撐連接，屋蓋分布有9個(gè)天窗結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋示意

2 施工難點(diǎn)和解決方案

鹽城南洋機(jī)場T2航站樓鋼結(jié)構(gòu)屋蓋施工的難點(diǎn)主要為屋面結(jié)構(gòu)跨度大、屋面桁架的拼裝難度高，具體表現(xiàn)在以下方面[1-4]：

1）T2航站樓屋面桁架最大跨度36 m，最高處為27 m（鋼結(jié)構(gòu)中心線標(biāo)高）。空間跨度大，高度高。桿件在空間上分布廣，變化大。

2）屋面桁架下的柱距為36 m×36 m，考慮運(yùn)輸、安裝等因素，桁架在工廠分段為18 m左右，現(xiàn)場需要2節(jié)組拼成整體后吊裝。

針對(duì)屋面結(jié)構(gòu)跨度大的問題，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其主桁架進(jìn)行分段分節(jié)，搭設(shè)胎架支撐，并合理選用吊裝設(shè)備，在確保屋面施工質(zhì)量和安全的情況下完成安裝；針對(duì)屋面桁架拼裝難度高的問題，在現(xiàn)場設(shè)置臥式支撐胎架，采用H型鋼焊接成倒T形支撐胎架，將桁架按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組拼。

3 施工方案

參考目前國內(nèi)機(jī)場鋼結(jié)構(gòu)屋面的安裝方案，并結(jié)合本工程特點(diǎn)，屋面鋼結(jié)構(gòu)安裝遵循分區(qū)、分步的原則，即桁架及懸挑桁架分段吊裝，天窗分片吊裝，其余部分高空散裝。根據(jù)屋面桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)合施工流水線的劃分情況，整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)分為1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)（圖2）。

圖2 屋面鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)示意

3.1 屋面桁架的分段

本工程屋面桁架長度方向216 m，寬度方向108 m，柱距36 m×36 m。考慮運(yùn)輸、安裝等因素，故桁架在工廠分段為18 m左右，現(xiàn)場根據(jù)安裝方案進(jìn)行組拼對(duì)接后吊裝。為了便于安排施工組織，將屋面桁架按縱橫2個(gè)方向進(jìn)行劃分編號(hào)（圖3），其中橫向主桁架編號(hào)為ZHJ-1、ZHJ-2、ZHJ-3，縱向主桁架編號(hào)為ZHJ-4、ZHJ-5、ZHJ-6（左右對(duì)稱）。

圖3 縱橫桁架分段示意

因縱向主桁架的下弦桿比橫向主桁架的下弦桿管徑大，而縱向主桁架的上弦桿比橫向主桁架的上弦桿管徑小，故縱向主桁架為貫通桁架，桁架分段點(diǎn)必須過鋼柱支座，并在與橫向主桁架相交節(jié)點(diǎn)處設(shè)置短牛腿；橫向主桁架為分段桁架。

主桁架在深化設(shè)計(jì)、制作時(shí)將各分段的臨時(shí)連接耳板等直接設(shè)置在各分段上，以便于現(xiàn)場吊裝、定位拼裝。臨時(shí)連接耳板要有足夠的安全系數(shù)，保證具有桁架本身的強(qiáng)度。吊裝桁架分段同已安裝分段高空拼裝連接時(shí)，可直接通過臨時(shí)耳板、安裝螺栓定位并固定，以縮短吊裝時(shí)間，提高安裝效率（圖4）。

圖4 臨時(shí)連接耳板示意

3.2 屋面桁架安裝格構(gòu)柱設(shè)置

根據(jù)主桁架安裝要求，航站樓屋面主桁架結(jié)構(gòu)吊裝均需設(shè)置臨時(shí)支撐架，以便桁架分段就位。按承受相應(yīng)的桁架質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，確定臨時(shí)支撐采用格構(gòu)柱支撐體系。本工程格構(gòu)柱支撐體系由豎向格構(gòu)柱、水平向連接支撐及纜風(fēng)繩組成，通過在混凝土結(jié)構(gòu)上設(shè)置預(yù)埋件使其與混凝土結(jié)構(gòu)連接牢固，從而形成穩(wěn)定的支撐體系。通過考慮吊車的吊裝能力及屋面桁架的受力情況來確定主桁架的分段點(diǎn)，從而確定格構(gòu)柱的平面位置（圖5）。

圖5 格構(gòu)柱平面布置

格構(gòu)柱主要布置在屋面桁架懸挑部分、封邊梁及外露部分，屋面懸挑長度≥12 m的桁架要設(shè)置格構(gòu)柱，其位于懸挑長度的2/3處且位于桁架立桿下，以防由于結(jié)構(gòu)受力導(dǎo)致桁架變形[5-8]。

根據(jù)格構(gòu)柱的布置位置，在格構(gòu)柱所布位置處鋪設(shè)鋼板，鋼板用自攻螺絲固定在混凝土地面上。為進(jìn)一步加強(qiáng)支撐體系的強(qiáng)度，同時(shí)考慮鹽城地區(qū)高頻率的大風(fēng)荷載，格構(gòu)柱在有水平支撐的情況下，輔以纜風(fēng)繩，以加強(qiáng)支撐體系的側(cè)向穩(wěn)定性。每根格構(gòu)柱拉設(shè)4根纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩通過預(yù)埋件拉結(jié)在混凝土結(jié)構(gòu)上。

3.3 屋面鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝及地面組裝

3.3.1 屋面鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝

本工程鋼結(jié)構(gòu)為不規(guī)則的曲線形式，制作要求高，出廠前需進(jìn)行預(yù)拼裝工作。預(yù)拼裝胎架利用工字鋼焊接而成，設(shè)計(jì)時(shí)考慮胎架的可重復(fù)利用性及胎架移動(dòng)的便易性，預(yù)拼裝胎架采用與工廠節(jié)點(diǎn)組裝相類似的胎架。預(yù)拼裝的主要目的是檢驗(yàn)制作的精度，以便及時(shí)調(diào)整、消除誤差，從而確保構(gòu)件在現(xiàn)場的順利吊裝，減少現(xiàn)場特別是高空安裝過程中對(duì)構(gòu)件的安裝調(diào)整時(shí)間，有力保障工程的順利實(shí)施。

通過對(duì)構(gòu)件的預(yù)拼裝，及時(shí)掌握構(gòu)件的制作裝配精度，對(duì)某些超標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，并分析產(chǎn)生原因，在以后的加工過程中及時(shí)加以控制。確定預(yù)拼裝準(zhǔn)確無誤后，對(duì)每個(gè)預(yù)拼裝接頭處作好安裝標(biāo)記，然后再在圓管上焊接安裝耳板。

3.3.2 屋面鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場組裝

屋面鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝在胎架上進(jìn)行，采取多段地面連續(xù)臥拼的方式。拼裝前對(duì)地面進(jìn)行找平（必要時(shí)破除），然后機(jī)械碾壓，再澆筑厚10 cm的素混凝土層，保證場地達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)拼裝的平整度、強(qiáng)度和面積要求。根據(jù)安裝的需要，本工程支撐胎架分為2種類型：拱桁架拼裝胎架、天窗和屋面分片拼裝胎架。

根據(jù)現(xiàn)場場地條件、吊裝方案及桁架的截面形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)為保證鋼構(gòu)件拼裝、吊裝精度，設(shè)置通長的拼裝胎架。但為了避免胎架支柱與主拱節(jié)點(diǎn)相碰，胎架支柱統(tǒng)一偏移節(jié)點(diǎn)一定距離。

3.4 屋面鋼結(jié)構(gòu)的安裝

整個(gè)屋面的安裝順序?yàn)橄劝惭b鋼柱之間的縱、橫向主桁架，再安裝主桁架之間的次桁架，然后安裝天窗部分，最后進(jìn)行屋面散件補(bǔ)缺。

3.4.1 屋面鋼結(jié)構(gòu)安裝流程

待錐形柱內(nèi)混凝土澆筑、成品支座安裝完成后，使用履帶吊進(jìn)行屋面上方桁架吊裝。主桁架吊裝時(shí)，吊裝半徑最大18 m，吊裝高度約36 m，主桁架最大質(zhì)量30 t，選用2臺(tái)250 t履帶吊進(jìn)行屋面上方桁架吊裝；懸挑桁架吊裝時(shí)，吊裝半徑最大10 m，吊裝高度約35 m，懸挑桁架最大質(zhì)量10 t，采用130 t履帶吊吊裝。根據(jù)現(xiàn)場的施工條件及道路情況，先安裝1區(qū)，從ZHJ-6向ZHJ-4方向安裝；接著安裝2區(qū)，最后安裝3區(qū)。

3.4.2 主桁架纜風(fēng)繩的設(shè)置

在主桁架安裝時(shí)，因側(cè)向無構(gòu)件支撐，為確保其側(cè)向剛度，在調(diào)整好精度后及時(shí)拉設(shè)纜風(fēng)繩，36 m跨度桁架安裝4道纜風(fēng)繩。桁架就位后，兩邊2道纜風(fēng)繩從桁架的上弦桿拉設(shè)，下端固定于與桁架相鄰兩側(cè)的鋼柱柱頂?shù)醵希缰?道纜風(fēng)繩也從桁架上弦桿拉設(shè)，下端固定于F2層，固定必須牢固。待橫向主桁架安裝完成，與縱向主桁架形成穩(wěn)定體系后方可拆除纜風(fēng)繩，進(jìn)行主桁架之間的次桁架及天窗的安裝[9-10]。

3.4.3 屋面天窗安裝

天窗形狀類似菱形，單個(gè)質(zhì)量約22 t，雙層結(jié)構(gòu)，下層為焊接箱型梁，上層為H型鋼組成的類似菱形結(jié)構(gòu)，上下兩層通過天窗柱連接，焊接箱型梁整體分為4段，形似“7”字形（圖6）。安裝順序：先進(jìn)行下一層焊接箱型梁的安裝，4段“7”字形焊接箱型梁運(yùn)輸至現(xiàn)場后，拼裝成菱形，整體吊裝，四角通過端板與次桁架鋼管焊接連接；下層焊接箱型梁吊裝完成后，上層H型鋼單元與天窗柱在地面拼裝，整體吊裝。

圖6 天窗焊接箱型梁分段示意

3.4.4 桁架安裝測量精度控制

測量工作是鋼結(jié)構(gòu)安裝工程施工的關(guān)鍵之一，通過高精度的測量與鋼結(jié)構(gòu)安裝精度相匹配，使鋼結(jié)構(gòu)安裝滿足設(shè)計(jì)精度。因此，測量控制是保證鋼結(jié)構(gòu)施工安裝精度到位（質(zhì)量保證）及工程進(jìn)度（工期保證）的關(guān)鍵工序。在建立三級(jí)平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼構(gòu)件現(xiàn)場拼裝精度和屋面桁架的安裝精度進(jìn)行測控，從而保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

鹽城南洋機(jī)場屋蓋鋼結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的曲面造型，東西長183.6 m、南北寬75.6 m，屋面結(jié)構(gòu)跨度大、屋面桁架的拼裝難度高。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，遵循分區(qū)、分步的原則，即采用桁架及懸挑桁架分段吊裝，天窗分片吊裝，其余部分高空散裝的安裝方法，同時(shí)合理選用吊裝設(shè)備，最終順利完成了屋面鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工。