某大型機場航站樓不規則自由曲面指廊屋面鋼結構工程拔桿群整體提升技術

孫慶東 范寶秀 山西建筑工程集團有限公司

1 工程概況

某大型國際機場航站樓整體平面呈放射性的五指廊造型，屋頂及豎向支撐結構均為鋼結構。航站樓包括主樓C區、西北指廊WN區及東北指廊EN區、中央指廊CS區、西南指廊WS區和東南指廊ES區共6個區。主樓位于中央大廳中心區，各指廊沿中心區周圈布置。

指廊結構由內側鋼管柱、外側幕墻柱及橫縱向鋼管網架組成結構穩定體系。屋面網架通過鋼結構節點支撐于柱頂上，為橫縱向交叉的網格結構體系。各區指廊結構及施工技術基本相同，現對其中之一的西南(WS）區指廊屋面鋼結構施工技術進行應用總結。其屋蓋投影51221m2，長391m，寬131m，結構最高25m，總重約2071t。

2 施工條件

工程現場條件困難、情況復雜，不利因素多。

（1）施工工序限制：鋼結構施工必須在前期土建主體結構完成后才能進行。

（2）工程造型復雜：整體結構為不規則自由曲面，造型復雜，無類似施工經驗。

（3）質量標準高：為國家重點建設、代表性的大型公共建筑工程，建造質量非常高。

（4）安全要求嚴：受工序及工程特性制約，高空作業多，安全保障極其難。

（5）施工工期緊：整體部署要求在短期內完成鋼結構制作吊裝，難度大。

（6）工序交叉多：主體結構完成后，陸續穿插鋼結構施工，操作工種、作業空間均存在大量交叉作業，專業協調難。

3 施工重點、難點及解決方案

3.1 現場施工重點、難點及解決方案

3.1.1 大面積鋼結構焊接質量是控制重點

焊接工程量大，大面積鋼結構的焊接效率直接影響安裝進度。

解決措施：根據焊接特點，結合當地氣候、溫度等條件，選用最佳焊接方式；將大面積鋼結構化整為零，將焊接質量和焊接精度控制在各小分區內。

3.1.2 大面積鋼結構組裝的測量放線管控是難點

屋面鋼架為異形曲面結構，采用原位組裝，每組網架及單片桁架的空間定位、標高尤為重要，是整體屋蓋對接就位的關鍵。

3.2 施工進度控制是重點

大面積屋蓋鋼架在施工過程中，確保階段目標工期是關鍵。

解決措施：（1）制定合理的施工方案。采用在二、三層樓面上拼裝焊接，再利用拔桿整體提升吊裝。（2）制定合理的施工分區及順序。劃分2個工作面，每個工作面采取針對性的施工順序。

4 施工方案優化選擇

4.1 方案優化

經過方案對比優化，采用拔桿進行提升就位，具體為：將分片鋼架在樓板上進行原位組裝，周圈外懸挑鋼構件在建筑物外側，下部搭設腳手架操作平臺施工，待組對焊接完成后，利用獨角拔桿群進行整體提升。采用整體吊裝首先減少了垂直運輸和大量腳手架的工作，其次大部分工作在地面或者樓面進行，質量和安全更易保證，更有效地縮短工期，為后續工作創造條件。

4.2 施工分區及安裝順序

圖1 西南指廊安裝區域布置圖

網架分五個區域進行施工，一區至五區網架的拼裝過程基本相同，其中：一區、二區、四區、五區網架是在二層樓板上進行原位拼裝，三區是在三層樓板上進行原位拼裝。所有區域均采用拔桿群整體吊裝。

4.3 各分區拔桿布置

根據各區情況，部分拔桿設置在原有室外地面，部分拔桿安放在原有結構鋼管柱頂，還有部分拔桿安放在原有結構6.5m標高處的樓板上且與下層混凝土柱位置一致。

4.4 鋼網架施工關鍵技術

4.4.1 鋼網架整體拼裝方法及順序

每個區域先由中間向跨度方向組對，待跨度方向組對完成后向兩側（長度方向）進行擴拼，將分片區域鋼網架組對完成后，利用拔桿（局部少量用吊車）整體提升。

一區～五區鋼網架均在樓面上進行原位組裝，管管相貫桁架預先在周邊場地胎膜中組對焊接，鋼網架依次由中間向四周擴拼。

4.4.2 一（二）區網架施工

（1）網架拼裝。此區域網架整體呈上曲面形狀，為了便于拼裝將網架整體旋轉后、平置于樓板上進行拼裝組對。

組對順序為：桁架A→桁架B→桁架C→桁架D→桁架E。組對完成后在二層樓板上進行整體拼裝組對,組對從中間向兩邊進行。拼裝時首先用汽車吊把A桁架從胎模中吊出，放到6.5m標高處的二層混凝土樓板上。如圖2所示。

圖2

然后把兩榀A桁架放到各自設計投影位置，加設臨時支撐。再從胎模中相繼陸續吊運B桁架、C桁架、C-1桁架、D桁架與E桁架依次類推，直至將此區域構件組裝完成。

鋼桁架在二層混凝土樓板面上進行原位組裝時，提前施測放樣，在樓板上對應混凝土梁位置安裝鋼管支托對下弦找坡定弧。

（2）鋼網架拔桿群整體提升吊裝。拼裝完成后利用拔桿群整體提升就位，就位過程中陸續進行其他構件散拼。

4.4.3 三區網架施工

該區鋼構件由主、次單片鋼管桁架組成，主次桁架連接節點均為鋼球節點。三區分成兩個區域、分別采用拔桿整體吊裝。

（1）網架拼裝。構件均在胎模中組對,然后在樓板上拼裝組對。3-1區構件在二層樓板上組對,3-2區構件在三層樓板上組對。拼裝步驟如下：中間網格定位→短向擴拼→長度方向擴拼，直至完成。

（2）網架提升吊裝。3-1區的桁架在樓板處拼裝完成后,用拔桿吊裝到3-2區桁架對接位置。如圖3、圖4所示。

圖3 吊裝前示意圖

圖4 吊裝到位三層對接位置示意圖

3-1區與3-2區桁架在三層樓板處對接完成后,整體提吊到設計位置。如圖5、圖6所示。

圖5 整體吊裝過程中示意圖

圖6 吊裝到設計位置示意圖

提升到設計位置后，再空中散拼嵌補主體結構柱周邊桿件。

4.4.4 四（五）區網架施工

分成三個區拼裝，中間部分區呈平面形狀，兩側區呈上曲面形狀，將上曲面旋轉后平置于樓板上拼裝。

（1）網架拼裝。

①屋脊天窗區域（4（5）-1區）拼裝。4（5）-1區構件在二層樓板上原位拼裝。根據結構形式又分成三邊球節點桁架、四邊球節點桁架及單榀桁架三個類別桁架進行拼裝。

其中4（5）-1區屋脊網架在二層混凝土樓板面上原位組裝時，提前放樣，在樓板上安裝鋼管支托找坡定弧。

②天窗左側（4（5）-2區上曲面）拼裝。此區網架整體形式同一區網架，拼裝方法同一區網架。

③天窗右側（4（5）-3區上曲面）拼裝。此區結網架整體形式同二區網架，拼裝方法同二區網架。

（2）四區（五區）鋼網架提升。4（5）-1區、4（5）-3區在二層樓板上組對,4（5）-2區在三層樓板上組對。如圖7所示。

圖7

4（5）-1區在二層樓板組對完成后,用拔桿吊裝到與4（5）-3區桁架結構相對應的設計標高。4（5）-1區吊運到與4（5）-3區桁架結構相對應的設計標高后，開始散裝二者之間的連接桿件。二者間連接桿件完成后,用拔桿群把4（5）-1區及4（5）-3區桁架整體提升到與4（5）-2區桁架對接處的設計標高位置，散裝4（5）-1區和4（5）-2區之間的連接桿件。如圖8所示。

圖8

3個子區在三層樓板處全部對接完成后,拔桿群整體吊裝4（5）區網架，吊裝到設計標高后,配合玻璃幕墻安裝網架下面的結構柱。

4.4.5 鋼網架和鋼桁架高空連接

指廊五個區域的每相鄰兩個區提升到位后均須進行對接，對接部分主要為單片鋼管桁架結構和單管構件，安裝順序由內向外，兩側同時施工。對接部分單片桁架預先在胎膜中制作好，采用50t履帶吊車安裝就位，吊裝前在對接區域兩側操作通道，并在桁架下面掛安全網，在焊接球節點部位掛設安全吊籃。

4.4.6 鋼網架組對、拼接測量控制

屋面鋼構整體形狀為不規則的自由曲面，組裝均采用原位拼裝，，每部分鋼架組裝前須將每榀主構件、次構件的水平投影線、節點測放在樓面上，整體組裝時以樓面上測設的投影線為基準組拼。

4.4.7 網架拼接合攏施工質量控制

（1）理論模擬分析合攏溫度。調研合攏施工期間當地氣溫信息數據，并分析不同結構形式下季節性陽光照射構件產生“溫箱”效應、結構迎(背)光面溫差，以及屋面、立面鋼構件溫差而形成較大梯度的溫度場分布情況，優化選定結構的合攏溫度為:15℃±7.5℃。

（2）現場合攏變形控制。合攏前對擬拼裝結構進行坐標測量監測，根據情況適當調整結構坐標。現場合攏時針對網架節點可能出現的微小三維變形，現場采取微調糾偏。

（3）合攏口的桿件就位。所有對接口部位均為桿件與球相連接，采用加襯管的方法進行安裝。

對于相貫長度超過5mm的部位設置活動襯管，在坡口上預留小缺口，襯管與鋼管套在一起，裝入球之間后，再將襯管拉出點焊定位。

4.4.8 網架吊裝拼接完成后卸載

（1）卸載原則。網架卸載過程必須遵循“變形協調、卸載均衡”、“中間向四周，中心對稱，周邊向中間”及“精確計算，嚴格監控”的原則。過程中設置測控點，全過程監測，對比分析控制，實行信息化管理。

（2）卸載施工。采用絞磨等距分布，多次循環精準控制卸載行程，依次放松絞磨，分次逐步卸載，每次嚴格控制同步性。通過多個循環卸載，使屋面結構從施工受力狀態按預控轉化到設計受力狀態。

（3）卸載人員。由專業起重工進行統一指揮，所有人員必須服從總指揮指令。卸載時設置觀測人員10名，對每個拔桿進行卸載過程中的受力觀測，發現有異常及時傳輸反饋至總指揮平臺系統，按預案糾偏處置。

5 結束語

本文介紹了某大型機場航站樓不規則自由曲面指廊屋面鋼結構工程的施工關鍵技術，詳細分析項目重點和難點，對指廊屋面鋼結構方案優化、整體部署、分段組對、分區拼裝、高空合攏及逐級卸載等技術做了詳盡總結，為今后類似航站樓不規則自由曲面指廊屋面鋼結構工程施工提供參考。