上海虹橋國際機場T1航站樓改造工程中的大跨度鋼結構屋蓋施工

周 鋒 魏 蔚 吳玲怡 陳佳偉

1. 上海市機械施工集團有限公司 上海 200072；2. 上海機場（集團）有限公司 上海 200335

1 工程概況

隨著我國經濟的快速發展，收入水平的提高，人們長途商務、旅游出行不斷增多，對機場、車站等公共交通建筑的容量及功能設施提出了新的要求。除了新建以外，對既有的公共交通建筑進行改造、提升，以滿足新時期發展的要求也逐漸成為一個趨勢。

上海虹橋國際機場T1航站樓由于建設年代久遠，設施設備比較陳舊，規劃建設的標準較低，與2010年新建的T2航站樓發展不匹配，因而，自2015年開始對T1航站樓進行綜合改造工作。

T1航站樓由緊密相連的A樓、B樓組成，面積達82 000 m2。按照T1航站樓不停航改造的總體思路，對航站樓A樓、B樓分階段進行改造。

1.1 結構改造概況

虹橋機場T1航站樓A樓鄰近樓前高架的A段（圖1）原為1994年建成的1棟2層（局部3層）混凝土框架結構，平面尺寸32 m×147 m，典型柱距11.25 m×7.60 m。1層為到達層，2層為出發層。原大屋蓋為預應力混凝土梁和混凝土梁板結構（圖2）。

為提升航站樓的服務能級，對結構進行改造，2層結構及局部3層辦公用房保留，拆除出發大廳混凝土屋蓋和2層以上部分混凝土柱，新建出發大廳幕墻和屋面鋼結構，與雨篷進行一體化設計（圖3）。

圖2 虹橋機場T1航站樓A樓改造前剖面

圖3 虹橋機場T1航站樓A樓出發大廳改造后剖面

新建鋼結構主要架立在原有結構的2層柱頂和3層辦公小屋面上。出發大廳2層保留的樓面結構采用碳纖維和粘鋼對樓板和梁進行了加固。

新建的屋蓋和立面幕墻鋼結構為大跨度空間體系結構。由標準單元（圖4）和單元間連系桿件組成。標準單元包括兩端鉸接的鋼立柱、外立面的平面框架、鋼管支撐和箱形鋼梁，部分節點為鑄鋼件。鋼屋蓋跨度24 m，高度為18.64 m。屋蓋和幕墻鋼結構架立在新建勁性混凝土立柱和既有3層混凝土屋面上。

圖4 出發大廳空間鋼結構標準單元三維示意

1.2 建筑改造概況

出發大廳新建鋼結構屋面采用了單層防水卷材屋面形式，在靠近外立面的位置設置了玻璃天窗。立面幕墻為造型鋁板和玻璃幕墻相間的形式。雨篷大部分為鋁板幕墻，靠近外立面的位置為玻璃天窗。

2 鋼結構屋蓋的安裝

2.1 安裝流程

T1航站樓新建出發大廳幕墻和屋面鋼結構與雨篷是一體化設計。對于這樣一個大量采用兩端銷軸連接的鋼構件，同時外立面和屋面是一個整體的大跨度空間鋼結構，構件安裝的空間關聯性很高，同時對構件加工精度要求很高。整個出發大廳結構安裝分為3個階段[1-2]：

2）安裝幕墻和屋面鋼結構。首先安裝固定在勁性混凝土柱上的兩端鉸接鋼立柱，下鉸接點應進行臨時固定，并采用纜風繩以提高穩定性。然后安裝外立面的幕墻鋼結構部分，該部分通過鋼管支撐與鋼立柱相連，施工中用φ609 mm鋼管作臨時支撐。最后安裝屋面鋼結構部分，屋面鋼梁下也采用鋼管臨時支撐（圖5）。待2個標準單元形成并橫向連接成整體后，即可拆除鋼管臨時支撐及鉸接點臨時限位，完成卸載。

圖5 出發大廳空間鋼結構施工過程示意

3）安裝雨篷鋼結構。雨篷鋼結構與立面幕墻鋼結構及勁性混凝土柱相連，待幕墻和屋面鋼結構形成并卸載后安裝。整個鋼結構體系形成后，移交給專業單位進行結構復測及幕墻屋面的安裝。

2.2 施工設備

施工中采用了1臺安裝在出發大廳2層結構上的STT293行走式塔吊進行屋蓋鋼結構安裝，1臺停在樓前高架上的50 t汽車吊作為輔機并完成后繼雨篷鋼結構的安裝。軌道布置在軸主梁上，軌距7.6 m。塔吊安裝拆除均使用1臺120 t汽車吊進行，汽車吊停在航站樓樓前高架上。當塔吊進行定點吊裝時，最大輪壓為758.7 kN；當塔吊行走時，最大輪壓為547.4 kN。

經計算復核，750 mm×300 mm主梁承載能力無法滿足塔吊荷載，因此擬在2層樓面柱頭加設轉換鋼梁。塔吊軌道布置在位于軸的轉換鋼梁上，鋼梁截面尺寸為箱形980 mm×800 mm×20 mm×40 mm。鋼梁擱置在與柱頭后置埋件相連的鋼支座上，另在鋼梁兩側設置側向支撐以保障鋼梁穩定（圖6）。通過采用該措施，混凝土柱把鋼梁傳遞來的荷載直接傳遞到樁基上，混凝土梁不承受塔吊荷載，也就不用加固。

圖6 塔吊吊裝布置

3 施工模擬

空間鋼結構在施工前通常需要進行施工模擬，通過分析了解結構在施工過程中的應力和變形狀態，主要包括以下幾個方面[3-5]：

1）空間鋼結構施工過程中的受力狀態完全不同于使用階段，有時施工階段的結構應力會大于使用階段的。這時要通過施工方案的優化來防止施工階段的應力超出允許范圍，即使未超出允許范圍也要避免應力累積到使用階段，降低結構的安全度。

2）空間鋼結構在施工過程中往往會采用鋼管支撐、拉索等臨時措施，通過施工過程分析也可以了解這些臨時結構的安全性。

3）空間鋼結構施工時，臨時措施的移除也就是卸載會伴隨著結構變形。這些變形的狀態和施工過程密切相關，與設計過程中的一次加載產生的變形會有很大的不同。通過施工分析可以采取相應的預變形手段，保證成型結構的外形。

為此，我們建立了鋼結構屋蓋體系施工MIDAS模型（圖7）。模型不僅包括了轉角以及標準單元等主要部分，也包括了臨時支撐。屋面和幕墻等非結構部分以荷載形式在模型中體現。施工模擬的分析步驟和實際施工步驟一致。

施工分析顯示，外立面屋架下臨時支撐最大軸力為160 kN，通過路基箱的擴散，樓面結構滿足荷載要求。雨篷鋼結構懸挑約為9.8 m，雨篷的豎向變形（圖8）在西側靠近變形縫位置較大，為122 mm（設計預起拱110 mm），轉角處計算變形為93 mm（設計預起拱90 mm）。這些設計預變形在深化及加工制作時候就已考慮。

圖7 屋蓋鋼結構施工計算模型（局部）

圖8 雨篷鋼結構變形示意（局部）

計算屋脊最大豎向變形為33 mm，幕墻柱頂端最大水平變形為22 mm。這些變形在設計施工圖中并未要求，在施工過程進行了預變形處理。

4 結語

上海虹橋國際機場T1航站樓改造工程是在既有結構的基礎上進行改建，其出發大廳原混凝土屋面拆除，新建了大跨度鋼結構屋面。該屋面鋼結構與外立面幕墻和雨篷鋼結構進行一體化設計。

針對這種新穎的結構形式，并結合既有2層樓面結構特點，合理地布置了機械設備及臨時支撐，保證了結構的安裝。同時通過結構分析，掌握了結構變形特點，合理地設置了結構預變形，保證了結構成型后的外形，為后繼幕墻和屋面施工創造了條件。該改造項目的實施可以為將來類似項目提供參考。