超大面積空間雙曲面鋼網架屋蓋的卸載施工技術

黃沛林 司法強 潘鈞俊 方能榕 陳 華 沈 潔 王 剛

中國建筑第八工程局有限公司 上海 201204

杭州蕭山國際機場三期工程施工體量巨大、工期緊，合同總工期僅900 d，需于2021年12月31日竣工交付使用。

根據設計要求，航站樓主樓需待鋼結構網架屋蓋提升就位卸載后，方可進行后續金屬屋面及外幕墻安裝，閉水后方可進行大面積室內精裝作業與機電設備設施安裝。

但根據目前工期總控節點計劃，在土建、鋼結構分區塊施工完成后，交付給金屬屋面、精裝修、幕墻、機電安裝及民航弱電系統等專業單位的有效施工時間僅為3～6個月（目前國內外機場項目后續精裝修施工工期最短達11個月），因此，縮短鋼結構屋蓋提升就位卸載時間，可有效加快整體工程施工進度。

本文結合主樓屋蓋鋼結構現場進度，在滿足屋蓋鋼結構施工安全、保證施工質量的前提下，在原有方案的基礎上[1]，對主樓屋蓋卸載施工進行了相應的優化調整，即在下部鋼管支承柱穩定性驗算的基礎上，采取先卸載鋼網架屋蓋、后進行下部鋼管支承柱混凝土灌注的方案，以便提前穿插后續專業工程的施工，對確保工程在合同工期內完成具有重大意義。

1 屋蓋體系設計概述

杭州蕭山國際機場T4航站樓主樓屋蓋鋼結構采用空間雙曲面網架＋封邊桁架＋分叉鋼柱結構體系（圖1、圖2），鋼結構包括焊接球網架、箱形封邊桁架、馬道、鋼平臺、屋面系統下層主檁條及檁托、吊掛在屋蓋網架下弦的幕墻搖臂梁及清洗吊鉤等。

圖1 主樓B區屋蓋軸測示意

圖2 典型單元組合

主樓屋蓋投影尺寸為466 m×291 m，投影面積為115 000 m2，屋蓋上弦最高點標高為42.05 m，最低點標高為32.26 m，整體最大高差9.79 m。屋蓋沿南北方向高差變化起伏較大，整體呈波浪形；東西方向同一橫斷面高差變化較小，高差約2 m。屋蓋最大跨度為54 m，屋蓋南北兩側懸挑長度為44 m，東西方向懸挑最大長度為44 m。

主樓屋蓋結構的抗側力剛度主要由一體化的屋蓋結構整體提供，框架柱（下鉸上剛）＋空間桁架/網架形成了一系列的剛架（圖3），從而提供了整體結構抗側剛度。

圖3 鋼網架屋蓋結構受力模型示意

2 屋蓋提升施工簡介

根據結構布置特點、現場安裝條件以及提升工藝的要求，鋼結構提升范圍為結構的1-AW—1-CA軸與1-B1— 1-B5 線之間，結構最大跨度為56.32 m，縱向長度466 m，最大提升高度為38.7 m。鋼結構屋蓋共分為5個提升區域（圖4、圖5）。為滿足施工進度需要，盡可能減小拼裝高度，單個提升區采用累積提升的施工方法。

圖4 屋蓋鋼結構提升分區示意

圖5 提升吊點平面布置示意

鋼結構屋蓋各提升區的信息統計如表1所示。

表1 鋼結構屋蓋的各提升區信息

3 支承柱穩定性驗算

鋼屋蓋支承直柱1-Be、1-BD軸按鋼管混凝土柱考慮；其余按純鋼管柱考慮，不考慮混凝土的作用。

各階段應力比說明：

階段一（P1a）：施工階段，僅考慮鋼結構自重下的應力比——累積在鋼管中的應力比。

階段一（P1b）：施工階段，僅考慮鋼結構自重＋溫度作用的應力比——施工階段最大應力比。

階段二（P2a）：考慮混凝土的作用，并考慮附加恒載、活載、風荷載、地震作用、溫度作用等，不考慮階段一（P1a）中鋼結構自重的應力比——鋼管中的增量應力比1（對應P1a）。

階段二（P2b）：考慮混凝土的作用，并考慮附加恒載、活載、風荷載、地震作用等，不考慮階段一（P1b）中鋼結構自重＋溫度作用的應力比——鋼管中的增量應力比2（對應P1b）。

階段三（P3）：一次性加載狀態下的應力比——設計應力比。

經分析，各直柱的應力比如圖6所示。

圖6 應力比匯總示意

分析可知：1-BD 與1-Be 軸，即最外2排直柱在施工階段即灌注混凝土的情況下，其兩階段應力比基本能夠滿足要求；其余出現應力比超限的直柱，須在施工階段控制其負載，如局部區域不完全卸載，或者下部增設臨時支承等措施。

4 主樓屋蓋卸載施工

4.1 屋蓋卸載施工方法

主樓屋蓋鋼結構提升到位后，在支承柱安裝完成、承載力滿足設計要求[2-3]的前提下，對提升點進行卸載。提升點卸載采用計算機控制、分級等比卸載到位的施工方法，單次最大卸載量控制在50 mm。

4.1.1 屋蓋支承柱的施工要求

1）1-BG/1-BL/ 1-BP/1-BS/1-BV/ 1-Ba 軸30組屋蓋支承柱：屋蓋支承柱安裝到位后，屋蓋鋼結構先行卸載到位，后續再內灌C60混凝土。

2）1-BD/ 1-Be 軸10組屋蓋支承柱：屋蓋支承柱安裝到位后，須先內灌C60混凝土，混凝土強度達到要求后，再進行屋蓋鋼結構卸載。

4.1.2 吊點卸載的要求

1）提升一區與四區合攏位置提升吊點：在一區、四區各自提升至設計標高并先行卸載到位后再進行合攏縫施工。

2）提升一區與五區、提升二區與三區合攏位置提升吊點：在各自提升分區提升到位后，保留合攏位置提升吊點，待合攏縫完成后，再進行卸載。

3）提升一區、五區與二區合攏位置提升吊點：在一區、五區提升到位后，除吊點D145/D501外，其余吊點先行卸載到位；二區提升到位后，保留合攏區域提升吊點，待合攏縫完成后，再進行卸載。

4.2 提升一區后續工作面施工區域的要求

提升一區屋蓋支承柱在承載力滿足設計要求的前提下，除保留吊點D106、D116、D132、D145、D159不卸載，其余吊點均分級等比卸載到位。

同時，為保證合攏位置屋蓋網架桿件順利合攏，提升一區南側結構邊向北18 m區域屋面及吊頂暫不施工，提升一區北側結構邊向南16.2 m區域屋面與吊頂及1-B4 軸以東區域暫不施工。

4.3 卸載技術措施

4.3.1 提升點卸載的方式

本工程主體結構由計算機控制液壓提升器卸載，卸載量可控性及同步性較好[4-5]，整體卸載量精度可以控制在1 mm，卸載不會對主體結構產生較大的應力及應變。卸載措施如下：

1）所有構件在提升到位后，根據構件設計條件，對部分桿件進行置換，保證所有安裝桿件順利到位。

2）所有提升吊點為電腦控制，在開始卸載前，必須將所有卸載單元進行整合，統一到同一電腦操作平面上。

3）卸載開始后，根據卸載的順序依次對提升吊點進行卸載，卸載量由電腦控制，緩緩下降。

4.3.2 計算機同步控制及傳感監測系統

本工程采用傳感監測和計算機集中控制，通過數據反饋和控制指令傳遞，可全自動地實現同步動作、負載均衡、姿態矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。

本工程的液壓同步提升系統設備采用CAN（控制器局域網絡）總線控制以及從主控制器到液壓提升器的三級控制，實現了對系統中每一個液壓提升器的獨立實時監控和調整，從而使得液壓同步控制過程的同步控制精度更高，且更加及時、可控和安全。操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機控制系統人機界面進行液壓卸載過程及相關數據的觀察和控制指令的發布。

5 結語

目前，在國內外大型民航機場、會展類項目中，鋼結構屋面網架采取整體或者分區域提升技術時，還沒有先于設計條件提前卸載的成功案例。杭州蕭山國際機場三期工程為打破施工工期桎梏，在確保施工安全與質量的前提下，T4航站樓主樓鋼網架屋蓋采取先卸載、后進行下部支承柱混凝土灌注的施工方法得到成功實施，可為以后大型民航機場、會展類項目提供可借鑒的案例和成熟的施工經驗，社會效益明顯[6-7]。