蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)T4航站樓主樓鋼結(jié)構(gòu)屋蓋施工技術(shù)*

方能榕，陳 怡，潘鈞俊，陳 華，朱超偉，陳新喜，李 赟，金國(guó)棟

(1.中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200112； 2.杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司，浙江 杭州 311200；3.浙江東南網(wǎng)架股份有限公司，浙江 杭州 311209)

1 工程概況

杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目新建T4航站樓采用中央主樓+南北指廊式構(gòu)型，主樓地下2層，地上4層，局部6層，屋面最高點(diǎn)44.55m，總建筑面積約72萬(wàn)m2。航站樓主樓面寬約440m，設(shè)置2道結(jié)構(gòu)縫，進(jìn)深約205m。航站樓主樓區(qū)下部有規(guī)劃的地鐵和高速鐵路通道穿過(guò)。主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。屋蓋結(jié)構(gòu)為變截面鋼管分叉柱+空間曲面網(wǎng)格的一體化結(jié)構(gòu)體系。鋼構(gòu)件主要材質(zhì)為Q235B，Q345B，Q460C，Q460GJC及鑄鋼件(G20Mn5QT)等。鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約5.7萬(wàn)t(見(jiàn)圖1)。

圖1 蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)T4航站樓剖面示意

主樓屋蓋支撐體系包括標(biāo)準(zhǔn)支撐柱、搖擺柱。其中，標(biāo)準(zhǔn)支撐柱由支撐柱+分叉節(jié)點(diǎn)+分叉柱組成，共計(jì)40組，頂部分叉柱與屋蓋封邊桁架相貫焊接，支撐柱內(nèi)灌注C60混凝土。搖擺柱為梭形鋼管柱，共計(jì)10組，頂部與屋蓋下弦通過(guò)球支座連接(見(jiàn)圖2，3)。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋示意

圖3 屋蓋支撐柱布置

2 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋施工方案

2.1 鋼屋蓋結(jié)構(gòu)體系

主樓屋蓋采用封邊桁架+網(wǎng)架的曲面空間結(jié)構(gòu)體系，屋蓋投影尺寸為466m×291m，投影面積為11.5萬(wàn)m2，屋蓋上弦最高點(diǎn)標(biāo)高為42.050m，最低點(diǎn)標(biāo)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(cè)懸挑長(zhǎng)度為44m，東西方向懸挑最大長(zhǎng)度為44m。

主樓屋蓋網(wǎng)架全部為焊接球網(wǎng)架，網(wǎng)架厚2.5～4.4m，桿件和焊接球材質(zhì)均為Q345B。主樓屋蓋封邊桁架共計(jì)41組，包括40組標(biāo)準(zhǔn)支撐柱柱頂封邊桁架和1組荷花谷柱頂封邊桁架(見(jiàn)圖4)。

圖4 支撐柱柱頂封邊桁架示意

標(biāo)準(zhǔn)支撐柱頂設(shè)置菱形天窗，共計(jì)40組，菱形天窗支承在封邊桁架上弦拉桿之上，天窗構(gòu)件材質(zhì)均為Q345B。

2.2 鋼屋蓋施工方案

2.2.1鋼結(jié)構(gòu)屋蓋上料及樓面倒運(yùn)措施

主樓屋蓋及支撐系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)約35 000t，單個(gè)提升區(qū)相對(duì)施工工期在6個(gè)月以內(nèi)，而屋蓋及支撐系統(tǒng)約80%的材料都需垂直運(yùn)輸至17.250m樓面，日均上至樓面的材料達(dá)250t，為此，整個(gè)樓面計(jì)劃布置8個(gè)上料口，單個(gè)提升區(qū)布置2～3個(gè)上料口。

大型構(gòu)件主要從西側(cè)上料口上料。屋蓋鋼構(gòu)件封邊桁架、網(wǎng)架以散件為主，構(gòu)件質(zhì)量相對(duì)較小，鋼構(gòu)件吊裝至樓面后采用8，5t叉車倒運(yùn)至相應(yīng)位置。

從17.250m樓面起的32根支撐柱質(zhì)量為10～18t，分叉柱質(zhì)量10～29.1t，采用放置在自制的倒運(yùn)平臺(tái)上滑移至相應(yīng)位置的方式，進(jìn)行樓面水平運(yùn)輸。

除南、北兩側(cè)的10個(gè)分叉節(jié)點(diǎn)分段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，其余均整件運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。其中，南、北兩側(cè)的2排分叉節(jié)點(diǎn)單個(gè)最大重110t；其余30個(gè)分叉節(jié)點(diǎn)，最大重73t。分叉節(jié)點(diǎn)采用單抬吊機(jī)或雙機(jī)抬吊吊裝至17.250m樓面高度后，放置在自制的倒運(yùn)平臺(tái)上，滑移至相應(yīng)位置的倒運(yùn)方法(見(jiàn)圖5)。

圖5 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)上料機(jī)樓面倒運(yùn)措施

2.2.2屋蓋鋼結(jié)構(gòu)拼裝施工

樓面或地面拼裝的工作主要是將構(gòu)件分段運(yùn)輸至原位并拼裝成提升單元；17.250m樓面網(wǎng)架、桁架拼裝工作主要是將構(gòu)件散件吊裝至樓面，拼裝前的工作包括運(yùn)輸構(gòu)件到場(chǎng)的檢驗(yàn)、拼裝平臺(tái)搭設(shè)與檢驗(yàn)、構(gòu)件組拼、焊接、吊耳及對(duì)口校正卡具安裝、中心線及標(biāo)高控制線標(biāo)識(shí)、安裝用腳手架搭設(shè)、上下垂直通道設(shè)置、拼裝單元驗(yàn)收等工作。

拼裝胎架主要用于封邊桁架和網(wǎng)架拼裝，封邊桁架拼裝時(shí)，主要有2種類型：①桁架底標(biāo)高>3.000m時(shí)，采用臨時(shí)格構(gòu)式支撐；②桁架底標(biāo)高<3.000m時(shí)，采用工字鋼制作，間隔6m左右設(shè)置1個(gè)支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)須沿主、次梁布置。網(wǎng)架拼裝時(shí)，主要在下弦球位置設(shè)置臨時(shí)圓管支撐，網(wǎng)架形成標(biāo)準(zhǔn)單元并臨時(shí)焊接固定后，拼裝支撐點(diǎn)隔一布一。每個(gè)提升區(qū)采用由中間向兩側(cè)展開(kāi)、外擴(kuò)累積拼裝的方法(見(jiàn)圖6)。

圖6 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)拼裝示意

2.2.3屋蓋鋼結(jié)構(gòu)提升施工

2.2.3.1屋蓋提升分區(qū)

2.2.3.2屋蓋提升點(diǎn)布置

提升1區(qū)整體提升設(shè)置60組吊點(diǎn)，提升2區(qū)整體提升設(shè)置22組吊點(diǎn)，提升3區(qū)、4區(qū)整體提升分別設(shè)置47組吊點(diǎn)，提升5區(qū)整體提升設(shè)置12組吊點(diǎn)。每組反力≤3 240kN的吊點(diǎn)配置1臺(tái)YS-SJ型液壓提升器，反力>3 240kN的吊點(diǎn)配置2臺(tái)YS-SJ型液壓提升器，同一時(shí)間最多141臺(tái)設(shè)備工作(見(jiàn)圖7)。

圖7 屋蓋提升分區(qū)布置

2.2.3.3提升施工技術(shù)措施

提升支架根據(jù)分區(qū)提升高度進(jìn)行設(shè)計(jì)，高度>40m時(shí)，支架加設(shè)連系桿。

樓面區(qū)域提升支架底部構(gòu)造：?jiǎn)蝹€(gè)提升點(diǎn)設(shè)置2組四肢格構(gòu)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(diǎn)位布置時(shí)，主肢直接放置在主梁上，或通過(guò)轉(zhuǎn)換鋼梁與混凝土主、次梁連接。

地面區(qū)域提升支架底部澆筑混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.5m。地面區(qū)域涉及17個(gè)提升點(diǎn)及29個(gè)提升支架，結(jié)合提升支架的布置尺寸及提升點(diǎn)反力設(shè)計(jì)混凝土基礎(chǔ)。

2.2.3.4非對(duì)稱提升的施工控制措施

提升點(diǎn)主要沿封邊桁架4個(gè)角部、分叉節(jié)點(diǎn)頂部、搖擺柱區(qū)域布設(shè)，同時(shí)，網(wǎng)架懸挑端為控制變形，部分區(qū)域布設(shè)相應(yīng)的提升點(diǎn)。通過(guò)提升點(diǎn)的合理布置，盡量控制非對(duì)稱提升工況下，結(jié)構(gòu)的受力情況與設(shè)計(jì)階段相近。

提升加載完成，離開(kāi)胎架150mm后，對(duì)每個(gè)提升點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保提升點(diǎn)的標(biāo)高可控。

提升施工采用液壓同步提升系統(tǒng)設(shè)備通過(guò)CAN總線控制，以及從主控制器到液壓提升器的三級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中每臺(tái)液壓提升器的獨(dú)立實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，從而使得液壓同步提升過(guò)程的同步控制精度更高，實(shí)時(shí)性更好。

提升作業(yè)前，計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)設(shè)定提升反力的不同步控制在10%以內(nèi)，位移的不同步控制在20mm以內(nèi)，提升施工仿真計(jì)算時(shí)，對(duì)不利工況進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變可控。

2.2.3.5屋蓋卸載施工

屋蓋網(wǎng)架分區(qū)提升到位后，涉及的后補(bǔ)桿件主要有4類：①分叉節(jié)點(diǎn)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(qū)與分區(qū)之間的網(wǎng)架桿件；④受提升支架影響，須在提升支架拆除后安裝的網(wǎng)架桿件和天窗桿件。

第1，2類在單個(gè)提升分區(qū)卸載前須安裝到位。土建內(nèi)灌注C60混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到卸載要求后，為盡快將工作面移交，單個(gè)提升分區(qū)提升到位，第1，2兩類后補(bǔ)桿件安裝完成，靠近分區(qū)合龍位置的提升點(diǎn)位不卸載，其余分區(qū)提升點(diǎn)位先行采用等比分級(jí)卸載的方法進(jìn)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(jù)結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件及提升工藝要求，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用“17.250m出發(fā)層樓面或地面拼裝，分區(qū)累積提升到位”的施工方法，結(jié)構(gòu)最大跨度為56.32m，縱向長(zhǎng)度474m，網(wǎng)架自身高度3.5m，提升高度約為38.7m。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋共分為5個(gè)提升區(qū)域，1區(qū)提升質(zhì)量為8 552t，2區(qū)提升質(zhì)量為3 033t，3區(qū)、4區(qū)提升質(zhì)量均為8 083t，5區(qū)提升質(zhì)量為1 219t，碗形節(jié)點(diǎn)提升質(zhì)量為1 080t，屋蓋結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)(馬道和主檁條)提升總質(zhì)量為3 005t(見(jiàn)圖8)。

施工過(guò)程仿真分析時(shí)，使用的分析軟件為通用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件MIDAS/Gen。結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算，最終階段與一次成型的荷載組合系數(shù)取1.3，分析了1.3恒荷載工況下結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力及支撐點(diǎn)位的反力值。

根據(jù)施工方案、荷載和邊界條件，選取提升階段關(guān)鍵的施工過(guò)程作為計(jì)算工況。其計(jì)算工況和對(duì)應(yīng)的計(jì)算結(jié)果如圖9和表1所示。

圖9 各提升區(qū)計(jì)算工況

由上述各工況計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)在提升施工過(guò)程中，最大應(yīng)力比為0.81<1.0，滿足規(guī)范要求。最大提升反力為3 853kN。結(jié)構(gòu)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(guī)范1/125的要求。

表1 被提升結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

同時(shí)，通過(guò)對(duì)不同步工況進(jìn)行驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)僅在不同步提升點(diǎn)附近的桿件應(yīng)力比稍有改變，不同步最大應(yīng)力比為0.92，應(yīng)力比均<1，在可控制范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)力比變化情況不大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期航站樓主樓屋蓋網(wǎng)架空間結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，綜合考慮主體結(jié)構(gòu)形式、樓前高架空間關(guān)系、土建分階段移交工況及整體提升安全穩(wěn)定性等因素，編制了“不同標(biāo)高層拼裝，分區(qū)累積提升到位”的施工方法，解決了屋蓋提升工況復(fù)雜及工期緊的綜合難題。施工模擬分析驗(yàn)證了方案的合理性與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。相關(guān)分析結(jié)果為項(xiàng)目的順利推進(jìn)提供了保障。