蕭山國際機場T4航站樓主樓鋼結構屋蓋施工技術*

方能榕，陳 怡，潘鈞俊，陳 華，朱超偉，陳新喜，李 赟，金國棟

(1.中國建筑第八工程局有限公司，上海 200112； 2.杭州蕭山國際機場有限公司，浙江 杭州 311200；3.浙江東南網架股份有限公司，浙江 杭州 311209)

1 工程概況

杭州蕭山國際機場三期項目新建T4航站樓采用中央主樓+南北指廊式構型，主樓地下2層，地上4層，局部6層，屋面最高點44.55m，總建筑面積約72萬m2。航站樓主樓面寬約440m，設置2道結構縫，進深約205m。航站樓主樓區下部有規劃的地鐵和高速鐵路通道穿過。主體結構采用現澆鋼筋混凝土框架結構體系。屋蓋結構為變截面鋼管分叉柱+空間曲面網格的一體化結構體系。鋼構件主要材質為Q235B，Q345B，Q460C，Q460GJC及鑄鋼件(G20Mn5QT)等。鋼結構總用鋼量約5.7萬t(見圖1)。

圖1 蕭山國際機場T4航站樓剖面示意

主樓屋蓋支撐體系包括標準支撐柱、搖擺柱。其中，標準支撐柱由支撐柱+分叉節點+分叉柱組成，共計40組，頂部分叉柱與屋蓋封邊桁架相貫焊接，支撐柱內灌注C60混凝土。搖擺柱為梭形鋼管柱，共計10組，頂部與屋蓋下弦通過球支座連接(見圖2，3)。

圖2 鋼結構屋蓋示意

圖3 屋蓋支撐柱布置

2 鋼結構屋蓋施工方案

2.1 鋼屋蓋結構體系

主樓屋蓋采用封邊桁架+網架的曲面空間結構體系，屋蓋投影尺寸為466m×291m，投影面積為11.5萬m2，屋蓋上弦最高點標高為42.050m，最低點標高為32.260m，整體最大高差9.79m。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2m。屋蓋最大跨度為54m，屋蓋南北兩側懸挑長度為44m，東西方向懸挑最大長度為44m。

主樓屋蓋網架全部為焊接球網架，網架厚2.5～4.4m，桿件和焊接球材質均為Q345B。主樓屋蓋封邊桁架共計41組，包括40組標準支撐柱柱頂封邊桁架和1組荷花谷柱頂封邊桁架(見圖4)。

圖4 支撐柱柱頂封邊桁架示意

標準支撐柱頂設置菱形天窗，共計40組，菱形天窗支承在封邊桁架上弦拉桿之上，天窗構件材質均為Q345B。

2.2 鋼屋蓋施工方案

2.2.1鋼結構屋蓋上料及樓面倒運措施

主樓屋蓋及支撐系統鋼結構約35 000t，單個提升區相對施工工期在6個月以內，而屋蓋及支撐系統約80%的材料都需垂直運輸至17.250m樓面，日均上至樓面的材料達250t，為此，整個樓面計劃布置8個上料口，單個提升區布置2～3個上料口。

大型構件主要從西側上料口上料。屋蓋鋼構件封邊桁架、網架以散件為主，構件質量相對較小，鋼構件吊裝至樓面后采用8，5t叉車倒運至相應位置。

從17.250m樓面起的32根支撐柱質量為10～18t，分叉柱質量10～29.1t，采用放置在自制的倒運平臺上滑移至相應位置的方式，進行樓面水平運輸。

除南、北兩側的10個分叉節點分段運至現場，其余均整件運至現場。其中，南、北兩側的2排分叉節點單個最大重110t；其余30個分叉節點，最大重73t。分叉節點采用單抬吊機或雙機抬吊吊裝至17.250m樓面高度后，放置在自制的倒運平臺上，滑移至相應位置的倒運方法(見圖5)。

圖5 屋蓋鋼結構上料機樓面倒運措施

2.2.2屋蓋鋼結構拼裝施工

樓面或地面拼裝的工作主要是將構件分段運輸至原位并拼裝成提升單元；17.250m樓面網架、桁架拼裝工作主要是將構件散件吊裝至樓面，拼裝前的工作包括運輸構件到場的檢驗、拼裝平臺搭設與檢驗、構件組拼、焊接、吊耳及對口校正卡具安裝、中心線及標高控制線標識、安裝用腳手架搭設、上下垂直通道設置、拼裝單元驗收等工作。

拼裝胎架主要用于封邊桁架和網架拼裝，封邊桁架拼裝時，主要有2種類型：①桁架底標高>3.000m時，采用臨時格構式支撐；②桁架底標高<3.000m時，采用工字鋼制作，間隔6m左右設置1個支撐點，支撐點須沿主、次梁布置。網架拼裝時，主要在下弦球位置設置臨時圓管支撐，網架形成標準單元并臨時焊接固定后，拼裝支撐點隔一布一。每個提升區采用由中間向兩側展開、外擴累積拼裝的方法(見圖6)。

圖6 屋蓋鋼結構拼裝示意

2.2.3屋蓋鋼結構提升施工

2.2.3.1屋蓋提升分區

2.2.3.2屋蓋提升點布置

提升1區整體提升設置60組吊點，提升2區整體提升設置22組吊點，提升3區、4區整體提升分別設置47組吊點，提升5區整體提升設置12組吊點。每組反力≤3 240kN的吊點配置1臺YS-SJ型液壓提升器，反力>3 240kN的吊點配置2臺YS-SJ型液壓提升器，同一時間最多141臺設備工作(見圖7)。

圖7 屋蓋提升分區布置

2.2.3.3提升施工技術措施

提升支架根據分區提升高度進行設計，高度>40m時，支架加設連系桿。

樓面區域提升支架底部構造：單個提升點設置2組四肢格構式提升支架，四肢間距1.8m，混凝土主、次梁間距主要為4.5m，提升支架點位布置時，主肢直接放置在主梁上，或通過轉換鋼梁與混凝土主、次梁連接。

地面區域提升支架底部澆筑混凝土基礎，基礎埋深1.5m。地面區域涉及17個提升點及29個提升支架，結合提升支架的布置尺寸及提升點反力設計混凝土基礎。

2.2.3.4非對稱提升的施工控制措施

提升點主要沿封邊桁架4個角部、分叉節點頂部、搖擺柱區域布設，同時，網架懸挑端為控制變形，部分區域布設相應的提升點。通過提升點的合理布置，盡量控制非對稱提升工況下，結構的受力情況與設計階段相近。

提升加載完成，離開胎架150mm后，對每個提升點的標高進行復測，確保提升點的標高可控。

提升施工采用液壓同步提升系統設備通過CAN總線控制，以及從主控制器到液壓提升器的三級控制，實現對系統中每臺液壓提升器的獨立實時監控和調整，從而使得液壓同步提升過程的同步控制精度更高，實時性更好。

提升作業前，計算機同步控制系統設定提升反力的不同步控制在10%以內，位移的不同步控制在20mm以內，提升施工仿真計算時，對不利工況進行相應計算，確保結構應力、應變可控。

2.2.3.5屋蓋卸載施工

屋蓋網架分區提升到位后，涉及的后補桿件主要有4類：①分叉節點下部支撐柱和成品支座的安裝；②在提升到位后滿足安裝的天窗桿件；③提升分區與分區之間的網架桿件；④受提升支架影響，須在提升支架拆除后安裝的網架桿件和天窗桿件。

第1，2類在單個提升分區卸載前須安裝到位。土建內灌注C60混凝土養護達到卸載要求后，為盡快將工作面移交，單個提升分區提升到位，第1，2兩類后補桿件安裝完成，靠近分區合龍位置的提升點位不卸載，其余分區提升點位先行采用等比分級卸載的方法進行卸載，單次最大卸載量控制在50mm，分多次等比卸載到位。

3 施工模擬分析

根據結構布置特點、現場安裝條件及提升工藝要求，屋蓋鋼結構采用“17.250m出發層樓面或地面拼裝，分區累積提升到位”的施工方法，結構最大跨度為56.32m，縱向長度474m，網架自身高度3.5m，提升高度約為38.7m。鋼結構屋蓋共分為5個提升區域，1區提升質量為8 552t，2區提升質量為3 033t，3區、4區提升質量均為8 083t，5區提升質量為1 219t，碗形節點提升質量為1 080t，屋蓋結構及附屬結構(馬道和主檁條)提升總質量為3 005t(見圖8)。

施工過程仿真分析時，使用的分析軟件為通用的結構分析與優化設計軟件MIDAS/Gen。結構自重由程序自動計算，最終階段與一次成型的荷載組合系數取1.3，分析了1.3恒荷載工況下結構的位移、應力及支撐點位的反力值。

根據施工方案、荷載和邊界條件，選取提升階段關鍵的施工過程作為計算工況。其計算工況和對應的計算結果如圖9和表1所示。

圖9 各提升區計算工況

由上述各工況計算結果可知，結構在提升施工過程中，最大應力比為0.81<1.0，滿足規范要求。最大提升反力為3 853kN。結構最大變形為298mm，其懸臂約為42 000mm，變形為懸臂跨度的1/141，滿足提升規范1/125的要求。

表1 被提升結構計算結果

同時，通過對不同步工況進行驗算，發現僅在不同步提升點附近的桿件應力比稍有改變，不同步最大應力比為0.92，應力比均<1，在可控制范圍內，結構整體的應力比變化情況不大。

4 結語

本文針對蕭山國際機場三期航站樓主樓屋蓋網架空間結構體系特點，綜合考慮主體結構形式、樓前高架空間關系、土建分階段移交工況及整體提升安全穩定性等因素，編制了“不同標高層拼裝，分區累積提升到位”的施工方法，解決了屋蓋提升工況復雜及工期緊的綜合難題。施工模擬分析驗證了方案的合理性與結構的穩定性。相關分析結果為項目的順利推進提供了保障。