航站樓空間曲面大跨度鋼結構屋蓋的安裝施工

孫繼文 王彥芳 柴曉林 翁建軍

寧波市建設集團股份有限公司 浙江 寧波 315000

1 工程概況

寧波櫟社國際機場三期擴建工程——T2航站樓位于航站區核心區，現狀1號航站樓西側，與1號航站樓之間以連廊相連。T2航站樓總建筑面積約為112 410 m2，局部地下1層，地上3層。主體結構為鋼筋混凝土框架，屋頂為空間曲面大跨度鋼結構體系。

T2航站樓造型新穎、設計獨特，屋蓋以一種獨特的曲面形式及透明的光滑建筑立面為主要設計思路，整個平面呈心形。航站樓鋼結構分為東、西指廊鋼結構和主樓鋼結構兩部分。整體鋼結構平面投影尺寸為772.7 m×153.9 m。總用鋼量約22 990 t。

主樓屋蓋鋼結構主要由管桁架、螺栓球網架、型鋼天窗、懸挑實腹鋼梁及水平支撐組成，鋼柱與鋼柱之間最大跨度達54 m，面積約為23 000 m2，屋蓋總質量約3 860 t（圖1）。

圖1 T2航站樓站項目效果圖

2 技術難點

寧波地區全年主導風向為西北向，歷年瞬時最大風速＞40.0 m/s。屋蓋結構在提升過程中受風力影響較大，且整個屋蓋提升區采用分塊累積提升，結構在開始提升瞬間會有個自平衡過程，瞬間會產生一個側向力，同時在提升過程中受其他因素的影響會產生不同步性等問題。因此保證屋蓋結構提升的同步和穩定性是工程的難點。

本工程屋蓋采用曲面空間網格結構，網格結構包括桁架、網架等，屋蓋桁架、網架均在樓面拼裝，然后累積提升到位。根據寧波氣候環境季節性溫度變化大、晝夜溫差大的特點。焊接應力、屋蓋提升過程中的監測是本工程的難點。

3 施工方案選擇

目前大型鋼結構屋蓋施工方法有高空散裝法、整體提升法等[1-8]。綜合考慮技術可行性、工期、經濟性、施工場地要求及對土建結構的影響等因素，本工程選用整體提升法，即鋼結構提升單元在其投影面正下方3層樓面處拼裝為整體（圖2），同時利用主樓鋼柱設置提升平臺（上吊點），在鋼結構提升單元上設置臨時提升桿，與上吊點對應位置處安裝提升臨時吊具（下吊點），上、下吊點間通過專用底錨和專用鋼絞線連接。利用液壓同步提升系統將鋼結構提升單元分4次累積提升至設計安裝標高位置，并且與柱頂鑄鋼件支座桿件完成對接，形成設計狀態下的穩定結構。

圖2 T2航站樓站主樓屋蓋吊裝（提升區）平面

4 主要施工技術

4.1 屋蓋拼裝技術

4.1.1 屋蓋提升區拼裝分區及施工順序

屋蓋提升區鋼結構拼裝在主樓3層樓面上進行，依據土建單位交付施工作業面的先后順序進行分區拼裝施工，即以G軸為界，分為樓面拼裝一區和樓面拼裝二區（圖3）。首先拼裝樓面拼裝一區，待樓面拼裝二區工作面移交后，再進行樓面拼裝二區的拼裝施工。為避免屋蓋拼裝時的累積誤差，2個拼裝分區的拼裝方向均由主樓中間向東西兩側進行，拼裝完成后進行累積提升施工。

圖3 屋蓋提升區樓面拼裝分區及施工方向

4.1.2 提升區樓面鋼結構拼裝流程

提升區樓面鋼結構拼裝流程如下：樓面拼裝一區內9軸至13軸橫向倒三角桁架拼裝→9軸至13軸縱向倒三角桁架拼裝→9軸至13軸桁架間網架緊隨桁架拼裝→9 軸至13軸鋼結構拼裝完成→樓面拼裝一區內鋼結構按照上述步驟，由9軸和13軸開始向東西兩側拼裝施工，同時拼裝二區鋼結構緊隨拼裝一區鋼結構進行拼裝→拼裝一區以及拼裝二區繼續向前拼裝施工→提升區整體拼裝完成→探傷、二次補涂、焊縫檢查，準備整體提升。

4.1.3 拼裝胎架的搭設

1）網架拼裝胎架。采用φ114 mm×4 mm鋼管作為胎架立柱，立柱間采用75 mm×6 mm角鋼進行連接，胎架底部設置10 mm×600 mm×600 mm 鋼板，每個胎架底部均用角鋼焊接相連，胎架頂部加裝10 mm×300 mm×300 mm的頂板。

2）桁架拼裝胎架。因屋蓋倒三角桁架截面尺寸較大，故支撐胎架采用16#工字型鋼制作，其整體尺寸依據圖紙在實際施工中采用全站儀定位確定，相鄰2組胎架間需要用角鋼臨時連接，保證整體的拼裝精度。

4.1.4 拼裝過程誤差控制

1）采用計算機分析誤差樣本的方法，在深化設計中考慮由此引起的誤差，分析屋蓋構件的起拱值，給出不同部位的預起拱值，經設計院確認后在加工制作時預起拱，使屋蓋在提升過程中的下撓滿足規范要求。

2）根據溫度變化，計算出熱脹冷縮的位移偏差數值，在深化設計及施工過程中給予考慮。

3）節點用激光全站儀進行定位，每定位、拼裝完一榀后均進行測量，安裝完一個節段后再測量，整個區段完成后最終進行復核。

4）安裝過程中加強過程檢查驗收，檢驗員隨時檢查其桿件編號、損傷、幾何尺寸、撓度等。

4.2 屋蓋提升技術

本屋蓋提升區域為位于主樓5軸至18軸交C軸至J軸區域內的屋蓋鋼結構，共分6個提升區（圖4）。

圖4 主樓屋蓋提升分區示意

4.2.1 提升準備

鋼結構6個提升單元在其安裝位置的投影面正下方+8.90 m的3層樓面上拼裝完成，在屋面結構層利用鋼管柱設置50組提升上吊點，在提升單元桿件與上吊點對應的位置安裝提升下吊點臨時吊具，在提升上、下吊點之間安裝專用底錨和專用鋼絞線，安裝并調試液壓同步提升系統；張拉鋼絞線，使得所有鋼絞線均勻受力；確保鋼結構提升單元以及液壓同步提升的所有臨時措施滿足設計要求。

4.2.2 屋蓋提升方法

整個提升區共分4次累積提升到柱頂設計標高。1）提升1區樓面拼裝完成后，首先進行第1次提升。

2）待1區提升到相應標高后，與提升2區、3區區域內的鋼結構對接后進行第2次提升。

3）上述提升區域提升到相應標高后，與提升4區、5 區區域鋼結構對接后進行第3次提升。

4）上述提升區域提升到相應標高后，與提升6區區域內的鋼結構對接后進行第4次提升施工，再將整個提升區提升至柱頂設計標高。

4.2.3 提升施工步驟

1）完成提升臨時措施安裝，調試液壓提升系統，逐級加載提升約150 mm后，暫停提升，微調提升單元各個吊點的標高，使其處于水平，并靜置4～12 h，試提升無任何異常后正式提升1區（圖5）。

圖5 提升步驟1

2）提升1區提升到距2、3區拼裝標高約200 mm時，暫停提升，測量提升單元各點實際尺寸，與設計值核對并處理后，降低提升速度，繼續提升至2、3區拼裝位置，嵌補分區桿件后調試液壓提升系統，繼續提升（圖6）。

圖6 提升步驟2

3）1—3區提升到距4、5區拼裝標高約200 mm時，暫停提升，測量提升單元各點實際尺寸，與設計值核對并處理后，降低提升速度，繼續提升至4、5區拼裝位置，嵌補分區桿件后調試液壓提升系統，繼續提升（圖7）。

圖7 提升步驟3

4）1—5區提升到距6區拼裝標高約200 mm時，暫停提升，測量提升單元各點實際尺寸，與設計值核對并處理后，降低提升速度，繼續提升至6區拼裝位置，嵌補分區桿件后調試液壓提升系統，繼續提升（圖8）。

圖8 提升步驟4

5）整體提升至距設計標高約200 mm時，暫停提升，測量提升單元各點實際尺寸，與設計值核對并處理后，降低提升速度，整體提升到位并嵌補后補桿件，最后完成卸載，本次鋼結構提升作業完成（圖9）。

圖9 提升步驟5

4.2.4 提升吊點設置

本工程提升平臺依據提升點結構形式不同共分為6種類型，共50個吊點。提升平臺三維設計如圖10所示。

圖10 提升平臺三維設計示意

4.2.5 后裝段設置

鋼柱柱頂為鋼鑄件，柱頂鑄鋼件在屋蓋樓面拼裝前采用16 t汽車吊吊裝到位并與鋼柱連接，需設置長度約1.5 m的后裝段，后裝段在屋蓋整體提升到位后采用人工及手拉葫蘆吊裝到位并進行桿件對接安裝，長度在深化過程中進行確定。

支座處后補桿件做后裝段，提升臨時桿件需貫在結構桿上，待提升到位后嵌補相應后裝段。

4.2.6 提升分區間接合縫的設置

本屋蓋通過4次累積提升到設計標高，分區間需設置結合縫，因提升過程中提升區邊緣接合縫處的桿件會產生水平位移，對接合縫處的桿件安裝造成一定的影響，故通過驗算分析得出接合縫處桿件的水平位移，在深化設計過程中對上述部位的桿件變形予以充分考慮，以此確定接合縫處桿件的長度。

4.2.7 提升臨時措施的設置

提升臨時措施包括提升平臺/提升下吊點、加固桿件、提升臨時桿件、液壓提升器固定板、導向架等。

4.2.8 屋蓋提升的同步性控制

控制系統根據一定的控制策略和算法實現對提升單元整體提升（下降）的姿態控制和荷載控制。在提升（下降）過程中，盡量保證各個提升吊點的液壓提升設備配置系數基本一致；保證提升（下降）結構的空中穩定，以便提升單元結構能正確就位，即要求各個吊點在上升或下降過程中能夠保持一定的同步性（±20 mm）。將集群的液壓提升器中的任意提升速度和行程位移值設定為標準值，作為同步控制策略中速度和位移的基準。在計算機的控制下，其余液壓提升器分別以各自的位移量來跟蹤對比，根據兩點間位移量之差進行動態調整，保證各吊點在提升過程中始終保持同步。

采用全站儀對提升過程全程跟蹤測量的方式進行輔助監控。提升前在每個吊點下方地面上設好測量點，貼上反光片，每提升一段距離（約5 m），利用激光測距儀對每個吊點進行絕對高度測量，并進行高差比對，分析出提升結構單元各點的同步性偏差值。當相對最大高差大于預設數值時，立即通過手動控制的方式進行局部調整。

通過邁達斯軟件對整體提升過程各種工況進行施工仿真分析，據此對提升安裝過程中的結構變形、應力狀態進行預先調整控制；提升之前通過加設臨時支撐結構、加固構件/板件，臨時改變永久結構的受力體系，達到控制局部變形和改善局部應力狀態的目的，保證屋蓋結構在提升安裝過程中的穩定性和安全性。

4.2.9 屋蓋提升相關驗算復核

對提升單元重要的結構部位進行單獨設計、驗算以及復核，包括Midas Gen V836有限元程序仿真分析、提升卸載驗算、提升平臺構造設計以及驗算、汽車吊樓面行走道路規劃以及驗算復核、桁架拼裝胎架構造設計以及驗算等，并將各部位驗算結果同步抄送設計單位進行復核，確保安全無誤。

4.3 屋蓋卸載技術

先卸載主樓屋蓋中間鋼柱柱頂吊點，再卸載陸側鋼柱柱頂吊點，然后卸載空側鋼柱柱頂吊點。卸載的相關技術措施如下：

1）利用計算機軟件建模進行卸載驗算，并將結果提交設計進行復核。

2）由計算機控制液壓提升器卸載，整體卸載量精度控制在1 mm，不會對主體產生較大的應力及應變。

3）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，實現對系統中每一個液壓提升器的獨立實時監控和調整。操作人員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，并控制指令的發布。

4.4 屋蓋結構位移和變形監測控制

挑選技術過硬、責任心較強的測量人員，對本工程重點部位進行監測。溫度監測時，在屋蓋及地面設置2個點，選擇在因溫度影響造成構件熱脹冷縮量和對測量時視線影響最小的日出前和日落前，利用溫度傳感器在各指定監測部位每天監測1次。經第三方監測，航站樓屋蓋整體卸載后的屋蓋最大變形量小于設計的最大值135 mm，符合設計的要求。

5 結語

寧波櫟社國際機場三期擴建工程——T2航站樓大跨度空間曲面屋蓋安裝的難點是屋蓋提升的同步性控制和屋蓋結構位移和變形監測。為此，結合項目特點和現場的施工條件，選用整體提升方案，通過合理的單元分區、科學確定拼裝與提升的工藝流程、合理設置提升吊點及提升設備，在提升之前臨時改變永久結構的受力體系；再通過邁達斯軟件對整體提升過程的各種工況進行施工仿真分析，并對提升安裝過程中的結構變形、應力狀態進行預先調整控制，最終確保了屋蓋結構在提升安裝過程的穩定性和安全性。

經實踐，項目比原計劃提前20 d完成，初步測算節約成本約50萬元。

[1] 張驍雄,任鵬,徐綱.單層曲面網殼鋼結構屋面施工技術[J].建筑施 工,2019,41(11):1480-1482.

[2] 王寧.大跨度異型網殼鋼結構施工技術[J].城市建筑,2019(11):135- 136.

[3] 張騰龍,桂宇飛,李偉男.復雜超高層鋼結構施工測量技術[J].建筑 技術,2014,45(7):92-93.

[4] 劉玉會.大跨度鋼結構屋蓋工程施工測量技術[J].科技資訊,2014 (19):57.

[5] 張曉燕,郭彥林,黃李驥,等.深圳會展中心鋼結構屋蓋起拱方案及施 工技術[J].工業建筑,2004(12):15-18.

[6] 李志鵬,汪仲琦,馬洪春.常州市體育場游泳館鋼結構屋蓋吊裝施工 [J].施工技術,2009,28(1):55-57.

[7] 陳霆.大型體育館鋼結構屋蓋的施工關鍵技術研究[J].山西建筑, 2011,37(24):100-101.

[8] 韓向科,劉明路,孫從永,等.西藏會展中心管桁架鋼結構屋蓋施工技 術[J].施工技術,2014,43(20):29-32.