飛機(jī)維修庫大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架整體提升施工技術(shù)

王文靈

廣州協(xié)安建設(shè)工程有限公司 廣東 廣州 510000

引言

隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)工程正從跨度大、高層、耐熱性等要求高的工業(yè)建筑逐漸向民用建筑發(fā)展。而隨著鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和桁架結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用及技術(shù)更新，近年來大跨度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)越來越多地采用整體提升法進(jìn)行施工，該方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是可節(jié)省大量的臨時支撐且工期相對較短，而難點(diǎn)就是對提升點(diǎn)、網(wǎng)架內(nèi)的大型通風(fēng)管及消防管網(wǎng)的把控方面。白云機(jī)場G2、G3飛機(jī)維修庫項目的施工過程中，針對鋼網(wǎng)架拼裝、提升、管網(wǎng)安裝、獨(dú)立柱施工等作了優(yōu)化施工流程，提升了施工效率和安全。

1 工程實(shí)例

廣州白云國際機(jī)場G2飛機(jī)維修庫工程建筑面積10325m2，其屋面為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面，支承體系為鋼筋混凝土柱+柱間支撐形式，網(wǎng)架南北跨度137m，東西進(jìn)深68m，網(wǎng)架高度6m，局部9m，機(jī)庫內(nèi)凈空高度24m。

廣州白云國際機(jī)場G3飛機(jī)維修庫機(jī)庫大廳跨度76m+76m，進(jìn)深68m，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用兩層正交斜放四角錐網(wǎng)架，大廳網(wǎng)架下弦中心標(biāo)高為26m，主要網(wǎng)格尺寸6m×4.5m，高度5m。噴漆大廳采用上送下排的全面空氣覆蓋的通風(fēng)形式，機(jī)庫大廳網(wǎng)架內(nèi)布置送風(fēng)口，風(fēng)口滿布飛機(jī)定位平面投影內(nèi)區(qū)域，由這些風(fēng)口向下送風(fēng)。風(fēng)管直徑為500～2100mm。

G2、G3飛機(jī)維修庫屋面鋼結(jié)構(gòu)的施工采用地面拼裝、整體提升的方法進(jìn)行，整體提升采用計算機(jī)控制的液壓提升器來完成，提升點(diǎn)選擇在作為永久支承的鋼筋混凝土柱上，共設(shè)置13個提升點(diǎn)[1]。

2 屋面鋼網(wǎng)架原位拼裝技術(shù)

2.1 預(yù)起拱質(zhì)量控制

網(wǎng)架在正常使用狀態(tài)下，桿件受自重及荷載作用產(chǎn)生向下的撓度，為避免撓度值過大，影響結(jié)構(gòu)安全和使用，拼裝時對網(wǎng)架進(jìn)行預(yù)拱。用SFCAD2000和SAP2000軟件計算出網(wǎng)架的撓度，并取其值為網(wǎng)架反向預(yù)拱值。網(wǎng)架拼裝時按照結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸附加預(yù)拱值進(jìn)行定位。

2.2 拼裝定位質(zhì)量控制

在下弦每個節(jié)點(diǎn)球下設(shè)置胎架，胎架主材為鋼管，高50cm，上部設(shè)置短圓管調(diào)整標(biāo)高。網(wǎng)架下弦球中心在地面的投影點(diǎn)即胎架的定位點(diǎn)，用全站儀對節(jié)點(diǎn)球球心進(jìn)行復(fù)核。

2.3 拼裝順序控制

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拼裝前選擇合理的拼裝、焊接順序，以減少因焊接收縮變形引起的網(wǎng)架變形，避免整體結(jié)構(gòu)變形過大，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。

2.4 焊接質(zhì)量控制

采取合理的整體焊接順序：從中間往兩側(cè)對稱；局部焊接順序：先下弦球節(jié)點(diǎn)，再上弦球節(jié)點(diǎn)，以減少因焊接收縮變形引起的網(wǎng)架變形，避免整體結(jié)構(gòu)變形過大，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。對原材料、焊接材料按國家相關(guān)規(guī)范進(jìn)行見證取樣、復(fù)試，焊接前制定焊接工藝評定，編制焊接工藝指導(dǎo)書；按照相應(yīng)規(guī)范要求進(jìn)行焊接前焊口的清理、預(yù)熱、層間溫度控制、保溫等工序的操作，并派專人進(jìn)行過程監(jiān)控及記錄；做好焊接防護(hù)措施，確保優(yōu)良焊接環(huán)境，避免外界環(huán)境對焊接質(zhì)量的影響[2]。

3 大跨度屋蓋網(wǎng)架整體提升施工技術(shù)

本工程鋼網(wǎng)架平面尺寸137m×68m，凈高24.5m，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和現(xiàn)有施工技術(shù)條件，宜采用“地面拼裝、整體提升、局部后裝”方式安裝，如何合理布置提升吊點(diǎn)和選擇合適的上、下吊點(diǎn)做法是本工程的難點(diǎn)，作好整體提升過程中的同步性和監(jiān)測是本工程的重點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)受力變形情況、建設(shè)工期、施工成本等多方面綜合考慮，選擇“地面拼裝、整體提升”的施工技術(shù)來完成本項目網(wǎng)架屋面施工。

根據(jù)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提升點(diǎn)布置應(yīng)遵循對稱原則，結(jié)合液壓提升器的性能和施工模擬仿真分析結(jié)果，按照盡量減少替換原設(shè)計桿件的原則。

為了保證提升過程中鋼屋蓋處于穩(wěn)定狀態(tài)，提升同步控制至關(guān)重要。硬件上采用了液壓提升器、液壓泵站，軟件采用同步控制系統(tǒng)。正式提升前先將網(wǎng)架提升至離地300～500mm懸停24h，待檢查網(wǎng)架構(gòu)件、提升器、提升鋼絞線沒有異常后再正式提升。

4 大跨度屋蓋網(wǎng)架整體提升/張拉仿真模擬分析技術(shù)

由于提升過程中支座數(shù)量和邊界條件與原設(shè)計狀態(tài)不同，整個結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)也將發(fā)生改變，因此需要對網(wǎng)架提升、卸載和預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行一體化的計算機(jī)仿真模擬分析，確保整個施工安全、可行。

利用計算機(jī)軟件模擬、分析網(wǎng)架不同提升工況的受力情況，確定最優(yōu)提升點(diǎn)位設(shè)置方案，并通過提升鋼桁架與永久網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)件模擬碰撞分析，確定提升架材料截面選型，進(jìn)而模擬分析網(wǎng)架在提升過程的受力情況，使整體提升時的結(jié)構(gòu)受力滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的邊界限定條件。

通過模擬分析受力情況，將提升點(diǎn)選定在永久結(jié)構(gòu)柱上。通過計算機(jī)模擬計算分析作為提升支柱的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱的受力情況，并通過安裝臨時柱間支撐和永久柱間支撐使各獨(dú)立柱連成整體，增加提升點(diǎn)立柱穩(wěn)定性，進(jìn)而保證提升網(wǎng)架的穩(wěn)定和安全。

從實(shí)驗圃地選取生長健壯、無病蟲害、長勢均勻的臥莖景天（Sedum sarmentosum）、德國景天（Sedum.hybridum）、佛甲草（Sedum lineare Thunb.）、胭脂紅景天（Sedum.spuriumcv.Coccineum）、金葉景天（Sedum makinoi Ogon.）和北景天（Sedum kamtschaticum）6個品種為材料。

5 大跨度鋼桁架體內(nèi)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

機(jī)庫大門桁架高空預(yù)應(yīng)力施工：大門桁架下弦鋼管中通長（137m）布置有55根Φ15.2鍍鋅無黏結(jié)鋼絞線（抗拉強(qiáng)度1860MPa）作為后張預(yù)應(yīng)力筋。因大門桁架與屋頂網(wǎng)架同時提升，且提升過程中其桿件內(nèi)力與使用階段中的不同，大門桁架的預(yù)應(yīng)力張拉施工必須在大門桁架和網(wǎng)架屋蓋提升后高空作業(yè)[3]。

本項目大門門頭鋼桁架跨度大，荷載重，在此鋼桁架體內(nèi)應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力鋼索。通過利用定制錨具加快鋼索的穿束施工進(jìn)度，減少費(fèi)用。下弦管內(nèi)設(shè)置保護(hù)性套管，減少鋼絞線磨損。在施工前運(yùn)用大型通用有限元分析程序ANSYS對整個工程和所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)建模，并對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析，以保證節(jié)點(diǎn)受力的安全性，并對節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和外形進(jìn)行優(yōu)化。

待鋼網(wǎng)架提升就位，后裝桿件裝完后再進(jìn)行鋼絞線穿束；采用專用錨具頭將55根鋼絞線編成束，利用卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩一次穿束；利用管道機(jī)器人將牽引線穿束。

在柱頂搭設(shè)臨時鋼平臺供穿束、張拉、灌漿用，確保施工安全；張拉采用兩個400t千斤頂兩端張拉，每次張拉一榀結(jié)構(gòu)。

6 大跨度屋面網(wǎng)架整體提升結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測施工技術(shù)

本工程機(jī)庫屋面網(wǎng)架是大型焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，施工時采用了地面原位散裝方式進(jìn)行拼裝，并且拼裝階段需要對網(wǎng)架按設(shè)計要求起拱（最大起拱300mm），導(dǎo)致所有焊接球及桿件空間定位不同，同時將網(wǎng)架整體提升到位之后，尚有212根桿件需要后裝，此時結(jié)構(gòu)尚處于相對不穩(wěn)定柔性吊拉狀態(tài)。本工程網(wǎng)架整體提升過程、預(yù)應(yīng)力張拉施工過程、獨(dú)立柱施工過程等均采用了應(yīng)力、應(yīng)變的監(jiān)測技術(shù)。

提升過程中重點(diǎn)監(jiān)測內(nèi)容是下吊點(diǎn)高度的變化、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形、原結(jié)構(gòu)柱變形、臨時提升胎架變形。對于下吊點(diǎn)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形采用鋼尺倒掛法和測量儀器配合進(jìn)行監(jiān)測。其他的變形和網(wǎng)架中主要桿件、關(guān)鍵部位采用張貼應(yīng)變片進(jìn)行監(jiān)測。

針對施工過程的索力、應(yīng)力及變形監(jiān)測，采取可靠的監(jiān)測手段，對鋼結(jié)構(gòu)的變形和預(yù)應(yīng)力鋼索的受力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以確保結(jié)構(gòu)施工安全，保證結(jié)構(gòu)的成型狀態(tài)與原設(shè)計相符。

7 整體提升鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架超大口徑螺旋風(fēng)管同步安裝技術(shù)

根據(jù)風(fēng)管的安裝高度使用槽鋼制作高度可調(diào)的獨(dú)立風(fēng)管支架，焊接在對應(yīng)的焊接球上，兩支架間設(shè)置斜撐加固，保證支架的穩(wěn)定性。根據(jù)風(fēng)管的直徑大小，在支架上設(shè)置相應(yīng)直徑的圓弧托架。

鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架與超大口徑螺旋風(fēng)管完成同步安裝，最后再整體提升。

8 懸掛機(jī)塢和機(jī)庫大門的裝配式施工技術(shù)

本工程的噴漆庫內(nèi)有懸掛式移動維修平臺，可對飛機(jī)尾翼各區(qū)域，進(jìn)行全方位的檢修，極大提高了飛機(jī)的維修效率，懸掛式移動維修平臺也叫飛機(jī)維修塢。

G3機(jī)庫內(nèi)設(shè)計四座飛機(jī)維修塢，分別為兩座18m長的機(jī)尾塢和兩座37m長的機(jī)身塢，機(jī)塢均通過導(dǎo)軌懸掛在網(wǎng)架的下弦節(jié)點(diǎn)上，單個機(jī)身塢重量超過45t，高度近20m。

飛機(jī)維修塢各組成構(gòu)件，在加工圖設(shè)計時就將各部件全部采用螺栓連接的方式。在不考慮長途運(yùn)輸?shù)臈l件下，裝配過程無須二次焊接；嚴(yán)格控制加工精度將構(gòu)件按照圖紙在工廠完成；在發(fā)往項目現(xiàn)場之前，需經(jīng)過一系列嚴(yán)格篩選，就機(jī)塢主要構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量檢查、需就主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗性預(yù)拼裝；在現(xiàn)場施工中，機(jī)塢不破壞防腐層，各部件只需按正常流程裝配即可，每座單個機(jī)塢在地面上裝配后再吊裝在預(yù)先安裝的軌道上，裝配施工效率高，大大節(jié)省了現(xiàn)場施工周期。

機(jī)庫大門為鋼結(jié)構(gòu)軌道門，共8扇，每扇尺寸為高22m×寬19m，也是采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)在工廠加工，現(xiàn)場僅需按圖紙裝配成片后再逐扇吊裝。

9 超高空消防管道隨空間網(wǎng)架整體提升安裝施工技術(shù)

超高空消防管道隨空間網(wǎng)架整體提升安裝施工技術(shù)是在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架提升前進(jìn)行消防管道的安裝，避免了超高空作業(yè)的風(fēng)險?！熬W(wǎng)架下弦拼裝——消防管道安裝連接——網(wǎng)架上弦拼裝”的流水施工以及減少高空作業(yè)能很大程度的減少人力物力的投入，減少了資料浪費(fèi)，極大降低了返工率，對節(jié)約社會環(huán)境資源有一定的意義；同時采用該技術(shù)可加快了施工進(jìn)度、節(jié)約施工成本。

提高消防管道加工制作精度、安裝精度，減少消防管道安裝時產(chǎn)生的裝配應(yīng)力。消防管道安裝與網(wǎng)架安裝一起進(jìn)行，形成“先完成網(wǎng)架下弦拼裝，后進(jìn)行消防管道安裝，再進(jìn)行網(wǎng)架上弦拼裝”的流水施工，解決消防管道在網(wǎng)架中穿插安裝困難的問題，并在流水施工中消防管道與風(fēng)管、水電施工交叉進(jìn)行，方便管線調(diào)整檢修。

消防管道進(jìn)行卡箍連接時，通過將螺栓的擰緊力矩調(diào)整到設(shè)計要求的85%，增加消防管道隨網(wǎng)架整體提升時的可變形余量。待完成提升后，對消防管道進(jìn)行補(bǔ)裝擰緊至設(shè)計要求。

根據(jù)消防管道的布置高度及數(shù)量，增設(shè)相應(yīng)的消防管道抗震支架，確保整體提升過程中消防管道的穩(wěn)定和安全。

對消防管道設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)，不僅在整體提升過程中監(jiān)測消防管道的受力情況是否合理，還能確定提升過程中消防管道應(yīng)力集中的部位，在提升完成后對其進(jìn)行重點(diǎn)檢修。采用計算機(jī)控制液壓同步提升技術(shù)，控制構(gòu)件的運(yùn)動姿態(tài)和應(yīng)力分布，確保提升過程的平穩(wěn)、安全。網(wǎng)架整體提升及就位卸載完成后，對消防管道進(jìn)行補(bǔ)裝、檢修及壓力測試。

10 結(jié)束語

在廣州白云國際機(jī)場G2飛機(jī)維修庫工程、廣州白云國際機(jī)場G2飛機(jī)維修庫工程的實(shí)踐中鋼網(wǎng)架整體提升，降低施工難道，提高效率經(jīng)過不斷優(yōu)化施工，形成配套施工技術(shù)，控制要點(diǎn)，保證提升過程的施工可靠性和精度可控性。