鹽城南洋機場T2航站樓屋蓋施工中的臨時格構柱安裝和卸載施工技術

余少樂 郭 春 沈 翀 吳 量 章小葵 張學偉 陳新喜

1. 中國建筑第八工程局有限公司 上海 201204；2. 同濟大學土木工程學院 上海 200092

1 項目概況

1.1 工程建設概況

鹽城南洋機場T2航站樓屋蓋鋼結構是不規則的曲面造型，東西長183.6 m、南北寬75.6 m，跨度較大，是工程施工的重點和難點。

1.2 屋蓋鋼結構概況

屋蓋鋼結構由縱向桁架、橫向桁架、天窗及封邊梁結構等組成。整個屋蓋由18根鋼管混凝土柱支承，通過柱頂的成品鉸支座與鋼柱相連（圖1）。屋蓋鋼結構整體造型呈空間曲面，懸挑區域面積占據整個屋面面積的40%（圖2）。懸挑桁架的挑出長度較長，最長達40 m，懸挑處無支撐，且懸挑桁架采用整體拼裝，使懸挑端定位成為難題。懸挑遠端與封邊梁相貫，航站樓四周皆有懸挑，安裝較為困難。為了解決懸挑區域桁架安裝的問題，在懸挑遠端設置格構柱支撐，安裝時格構柱作為受力支撐，懸挑桁架遠端搭設在格構支撐上，同時也解決了封邊梁安裝的問題[1-2]。

2 格構柱施工難點

根據屋面鋼結構的安裝需求，屋面鋼結構懸挑桁架共布置48組格構柱支撐（圖3）。格構柱是懸挑區域桁架安裝過程中的臨時支撐，桁架完成后需要對格構柱進行拆除，其施工難點如下：

圖1 鋼結構屋蓋示意

圖2 屋面鋼結構懸挑區域

圖3 格構柱布置示意

1）格構柱安裝過程中如何加強支撐體系的強度、剛度、穩定性，滿足安裝屋面鋼結構的要求，是一個難點。

2）拆撐過程中確保桁架從施工工況過渡到設計工況的安全、變形受控是整個卸載工序的關鍵，也是施工難點。

3 施工方案

3.1 格構柱安裝

根據主桁架安裝要求，航站樓屋面主桁架結構吊裝均需設置臨時支撐架，以便桁架分段就位。按承受相應的桁架質量進行計算，確定臨時支撐采用格構柱支撐體系。本工程格構柱支撐體系由豎向格構柱、水平向連接支撐及纜風繩組成，通過在混凝土結構設置預埋件使其與混凝土結構連接牢固，從而形成穩定的支撐體系。

通過Sap2000計算程序，建立分析模型。經過計算分析，格構柱的最大豎向反力為492 kN，因此選用格構式支撐胎架截面尺寸為1 500 mm×1 500 mm，立桿4×φ159 mm×8 mm＋綴條∠75 mm×6 mm；節間高度為1 500 mm，標準節為12 m一節，胎架底部和頂部為1 750 mm×1 750 mm支座。綴條與主肢、綴條與綴條之間均采用焊接連接。格構柱設計為組裝式，工廠制作，現場拼裝。根據格構柱的布置位置，在格構柱所布位置處鋪設鋼板，鋼板用自攻螺絲固定在混凝土地面上。為進一步加強支撐體系的強度，同時考慮鹽城地區高頻率的大風荷載，格構柱在有水平支撐的情況下，輔以纜風繩，以加強支撐體系的側向穩定性。每根格構柱拉設4根纜風繩，纜風繩通過預埋件拉結在混凝土結構上。

3.2 格構柱的卸載

根據本工程的結構特點及施工實際，支撐胎架卸載采用分單體—整體卸載的總體思路，即待整個鋼屋蓋高空成型后，分批次對格構柱進行同步卸載；即分先后次序安排若干批次拆除支撐胎架（卸載后，胎架暫不拆除，待全部卸載到位后，進行短期位移觀測，確認滿足規范和設計要求后再陸續拆除胎架），且確保每個卸載批次同步。

3.2.1 卸載流程

卸載過程采用控制位移的方法實現分階段分級同步卸載，遵循變形協調和結構安全的原則。卸載的順序為從東區向北區，整個卸載步驟分為4步，先是東區—南區—西區，網殼安裝完成后，再進行北區格構柱卸載。卸載需做到同步，且在一個行程完畢后，各個工位操作人員應該通知指揮員。監測確認桿件應力、位移無異常后，通知總指揮，再統一進行下一個行程的卸載。

3.2.2 格構柱拆除過程的施工模擬

為了確保卸載過程的安全，使用Sap2000計算軟件對卸載過程進行施工過程全模擬。分析采用軟件中靜力非線性Nonlinear Static Procedure分析的方法，在線彈性工作范圍內對拆撐全過程進行分析，即分步施加向下位移，直至達到所有支撐點支座反力消失的終態。

按照卸載方案，模擬過程也分為4步：首先卸除東區臨時支撐，其次卸除南區臨時支撐，之后分步卸除西區臨時支撐，最后分步卸除北區臨時支撐。拆除過程中，整體屋蓋鋼結構的應力比如圖4所示。從計算結果可以看出，東西區域最大豎向位移85 mm，水平位移8.0 mm；南區最大豎向位移39 mm，水平位移8.3 mm；北區最大豎向位移105.9 mm，水平位移14.5 mm。拆除東區臨時支撐，整體屋蓋鋼結構最大應力比0.81；拆除南區臨時支撐，整體屋蓋鋼結構最大應力比0.83；拆除西區臨時支撐，整體屋蓋鋼結構最大應力比0.80；拆除北區臨時支撐，整體屋蓋鋼結構最大應力比0.82。在整個拆除過程中，整體屋蓋鋼結構受力狀態變化平穩[3-5]。

圖4 拆除各區格構柱時屋面鋼結構的應力比

3.2.3 卸載過程監測

根據模擬計算分析的結果，對較大應力桿件的應變進行施工過程監測，以確保施工過程中的安全和施工過程可控。

1）支撐監測。拆撐過程中應有安全員和安全監控員全過程監測支撐，尤其應監測支撐下臨時支撐變形等，發現異常情況及時報告。拆撐過程中安排專門人員負責監控，監測以肉眼觀測和儀器監測同時進行，觀測臨時支撐立柱及整個系統變形情況。監測使用一臺全站儀進行，配備專人配合輔助。拆撐過程中，現場范圍內嚴禁無關人員進入，現場設置警戒線，派專人監護。

2）屋蓋鋼結構監測。在拆撐過程中要實時監測，隨時掌握各控制點的變形情況，防止鋼結構在拆撐過程中有與計算結果較大偏差的情況出現，出現異常情況時應該立即停止拆撐，查找好原因并處理完畢后方可繼續拆撐。在拆撐過程中使用全站儀配備專人負責監測，每拆撐一步都要有詳細的監測記錄，監測記錄要準確及時并真實地反映拆撐過程的工況[6-7]。

3.2.4 卸載監測控制

卸載前對所有卸載點標高進行測量，從中選出部分點作為卸載過程監測點，將監測點卸載前、卸載過程中、卸載后的絕對標高值進行監測，作為屋蓋下撓控制數據。軸線上每榀拱桁架跨度均大于24 m，每榀桁架應至少設置3個監測點以對標高及坐標進行監測，監測點分別布置在跨中和距支座1/4跨位置，共計54個點。監測點設置反光貼，利用全站儀進行測量，卸載前先測量一組數值，卸載后2、5、7 d再各測量1次，每次測量均應做好記錄。卸載后下撓值不得大于設計值的1.15倍，當發現卸載過程中下撓值大于設計值1.15倍時，應該立即停止卸載，并提交設計計算[8-9]。

4 結語

本工程屋面鋼結構懸挑桁架共布置48組格構柱支撐，格構柱安裝過程中如何加強支撐體系的強度、剛度、穩定性，滿足安裝屋面鋼結構的要求是安裝過程的關鍵；在拆撐過程中需確保桁架從施工工況過渡到設計工況的安全、變形受控是整個卸載的關鍵，也是施工難點。