大型機場鋼結構屋蓋北連接體拼裝分塊施工技術

李紅現(xiàn),許向陽,于 浩,柏 海

(中國建筑第八工程局有限公司西北分公司,陜西 西安 710076)

1 工程概況

西安咸陽國際機場三期擴建工程東航站樓采用1 + 6整體構型,由1個集中式中央C區(qū)主樓及6條指廊構成,如圖1所示。航站樓縱橫2個方向長度分別為1 242,832m,結構超長,東航站樓總建筑面積70萬m2,地上59.6萬m2,地下10.4萬m2。中央C區(qū)主樓長521m、寬286m;6條指廊長度為206～422m, 寬度為41.5～ 60.2m。屋蓋網(wǎng)架各結構單元支承形式、平面尺寸及屋脊標高性能參數(shù)如表1所示[1]。因指廊南、北連接體屋蓋結構形式、平面尺寸、屋脊標高、材質(zhì)、桿件規(guī)格等均相同,故以北連接體為對象進行介紹。

圖1 東航站樓平面效果

表1 屋蓋網(wǎng)架各結構體系參數(shù)

2 北連接體概況

北連接體(NL)位于北一(N1)、北二(N2)指廊與中央C區(qū)航站樓之間,如圖2所示,屋蓋為焊接空心球網(wǎng)架結構,網(wǎng)架面積約8 886m2,桿件數(shù)量11 744 件,結構高度約20.9m,最大跨度36m,最大懸挑7.3m[2]。下部由23根混凝土柱支撐,柱支撐間距9,18,36m,柱頂標高15.700m,柱頂設置支座,焊接空心球規(guī)格為WS1806 ～ WSR9035,網(wǎng)格尺寸4.5m × 4.5m,網(wǎng)架厚度約為3.5m,桿件規(guī)格為φ75.5 ×3.75～φ530 × 25,材質(zhì)為Q355B[3]。北連接體(NL)屋蓋平面、立面布置如圖3所示。

圖2 北連接體平面位置

圖3 北連接體屋蓋平面、立面布置

3 北連接體施工總體思路

北連接體屋蓋鋼網(wǎng)架根據(jù)鋼結構形式、現(xiàn)場場布、下部土建結構等情況綜合考慮[1],采用分區(qū)塊拼裝 + 分塊吊裝 + 整體提升進行施工,先施工鋼結構屋蓋網(wǎng)架,后施工7.300m樓面上局部鋼結構房屋。施工分區(qū)整體分為14.500m樓面拼裝NL-1區(qū),7.300m樓面拼裝NL-2區(qū)及地面拼裝NL-3區(qū)。3區(qū)同時開始拼裝,25t汽車式起重機站位于7.300m樓面高空原位拼裝NL-1區(qū)到位(下部搭設腳手架平臺),同時25t汽車式起重機從中間向兩側拼裝NL-2區(qū),場外50t履帶式起重機上料至樓面;地面上25t汽車式起重機拼裝NL-3區(qū)吊裝分塊,由80t汽車式起重機吊裝至7.300m樓面與NL-2區(qū)屋蓋網(wǎng)架對接后、再利用混凝土柱頂提升支撐架及提升器整體提升到位,最后與NL-1區(qū)進行對接補桿。考慮機械行走和轉向空間,堆場及拼裝場地沿道路外側動態(tài)布置,北連接體屋蓋拼裝、提升立面如圖4所示。

圖4 北連接體屋蓋拼裝、提升立面

3.1 施工流程

屋蓋鋼結構提升施工中,分為8個步驟[2]：土建主體結構施工完畢,作業(yè)面移交(房中房后施工)→25t汽車式起重機上樓面,安裝柱頂提升器→網(wǎng)架樓面、地面開始同步拼裝,14.500m樓面上空網(wǎng)架原位拼裝到位→網(wǎng)架樓面、地面繼續(xù)同步拼裝,地面80t汽車式起重機開始吊裝拼裝完成的網(wǎng)架分塊→樓面網(wǎng)架拼裝完成,地面網(wǎng)架分塊吊裝施工至一半→完成剩余網(wǎng)架分塊吊裝施工→整體提升到位,進行補桿→提升器卸載,拆除提升措施,拆除支撐架,完成北連接體屋蓋鋼結構施工。北連接體屋蓋鋼結構提升施工流程如圖5所示。

圖5 北連接體屋蓋鋼結構提升施工流程

3.2 現(xiàn)場拼裝方案

北連接體屋蓋鋼網(wǎng)架拼裝分為在樓面上散件拼裝和在地面上拼裝成塊[3],網(wǎng)架焊接球及桿件數(shù)量統(tǒng)計如表2所示。NL-1區(qū):在14.500m樓面上高空原位拼裝到位,下部搭設腳手架平臺;NL-2區(qū):在7.300m樓面上由中間向兩側進行現(xiàn)場拼裝,下部搭設管撐;NL-3區(qū):共分8個吊裝分塊,在地面拼裝成塊后吊裝至7.300m樓面與NL-2區(qū)網(wǎng)架進行對接并整體提升,網(wǎng)架拼裝劃分方案如表3所示。利用全站儀、經(jīng)緯儀控制網(wǎng)架定位精度,網(wǎng)架安裝時以直線狀前進,最后由線形成面,網(wǎng)架每安裝1個網(wǎng)格后,必須全部測量1次,在安裝下一個網(wǎng)格時,采用反誤差方式消除前一個網(wǎng)格安裝誤差。對于超過誤差的球節(jié)點,利用千斤頂、倒鏈、電動葫蘆等進行調(diào)整,同時根據(jù)調(diào)整后的測量數(shù)據(jù),在安裝下一個網(wǎng)格時進行反誤差調(diào)整,確保網(wǎng)架安裝完成后整體尺寸精度誤差達到設計要求。

表2 網(wǎng)架焊接球及桿件數(shù)量

表3 網(wǎng)架拼裝劃分方案

地面拼裝區(qū)采用單管拼裝胎架,樓面散裝區(qū)采用腳手架+單管拼裝胎架[4]。地面網(wǎng)架分塊吊裝至樓面與樓面網(wǎng)架進行對接,采用格構式支撐架支撐下弦球進行臨時固定。當下弦球節(jié)點距離拼裝作業(yè)面高度H≤2m時,采用單管拼裝胎架形式,胎架底部設埋件;當下弦球節(jié)點距離拼裝作業(yè)面高度 2m4m時,還可采用滿堂腳手架拼裝胎架形式。北連接體屋蓋分塊網(wǎng)架采用格構式支撐架拼裝胎架形式,格構式支撐柱附著于主體結構混凝土柱頂部位。拼裝工藝流程:測放網(wǎng)架下弦平面投影軸網(wǎng)→搭設拼裝胎架、復測校核→下弦球節(jié)點上胎架精確定位→下弦桿安裝定位、點焊固定→安裝上弦球節(jié)點(由腹桿組成的三角錐、四角錐)→補裝上弦桿→單個單元拼裝完成后進行復測校核→全面校核無誤并驗收→采用中間向兩側、單桿雙焊、雙桿單焊原則進行全面焊接→采用同樣方法繼續(xù)下一個網(wǎng)架單元拼裝。胎架拼裝工藝流程如圖6所示。

圖6 胎架拼裝工藝流程

3.3 地面拼裝分塊劃分及吊裝方案

對于地面拼裝的NL-3區(qū)鋼屋蓋,擬采用分塊拼裝、分塊吊裝至7.300m樓面與拼裝完成的NL-2區(qū)網(wǎng)架進行對接,然后進行整體提升[5-6]。介紹地面拼裝的NL-3區(qū)網(wǎng)架施工,參數(shù)如表4所示,地面拼裝分塊劃分為8個單元,最大分塊面積260m2、重12.6t,如圖7所示。

圖7 地面拼裝區(qū)塊劃分

表4 NL-3區(qū)網(wǎng)架地面拼裝區(qū)塊劃分

NL-3區(qū)分塊網(wǎng)架地面拼裝后,采用80t汽車式起重機吊裝至7.300m標高樓面與拼裝完成的NL-2區(qū)網(wǎng)架進行對接。地面分塊網(wǎng)架采用場外1臺80t汽車式起重機分塊吊裝,最大分塊質(zhì)量12.6t,80t汽車式起重機14m作業(yè)半徑、31.39m主臂長度額定吊重16t>12.6t,滿足要求。網(wǎng)架分塊吊裝如圖8所示。

圖8 網(wǎng)架分塊吊裝(單位:m)

3.4 提升專項方案及關鍵技術措施

3.4.1臨時提升支撐架搭設方案

臨時提升支撐架應具有足夠剛度,高度不宜過大,確保鋼結構初始幾何位置準確;臨時支撐支點應設置在桁架、梁交叉節(jié)點位置,避免出現(xiàn)次彎矩;合理確定臨時支撐塔架位置與數(shù)量,減少臨時支撐對已施工結構的影響;應考慮臨時支撐在豎向荷載作用下的壓縮變形量;提升支撐架結構應具有足夠安全度,根據(jù)有關規(guī)范進行抗風、抗震設計[7],在整個施工期間,應保證各種構件與結構穩(wěn)定性。支撐架以每6m為1個標準節(jié),采用單片組合,基本組合尺寸為1.5m×1.5m,可擴展為以6m為模數(shù)的任意組合。支撐架由A,B,C 3個組件構成,可在施工中根據(jù)需要隨意組合,任意擴展。支撐架所有組件均由圓管構成,如圖9所示。

圖9 標準支撐架組合

支撐架立柱采用法蘭系統(tǒng)對接,組件A,B,C間采用螺栓連接。這樣的設計可方便支撐架安裝、拆除,縮短施工周期,同時也方便支撐架運輸及堆放。

北連接體屋蓋鋼網(wǎng)架臨時提升支撐架用于支撐外側屋蓋吊裝分塊,共23榀,支撐架搭設高度約7m,如圖10所示。

圖10 提升支撐架平面布置

提升支撐架底部采用井字形橫梁,橫梁采用HN400×200×8×13制作,所有鋼材為Q235B材質(zhì);提升支撐架落位于橫梁上,橫梁兩端墊有400mm×400mm×20mm鋼板,支撐架支撐于路基箱上。提升支撐架頂部設置鋼管支托、墊塊、千斤頂。吊裝時利用千斤頂支撐支托調(diào)節(jié)網(wǎng)格支撐節(jié)點標高,調(diào)節(jié)完成后,在次支托底部插入墊塊及楔塊墊實,再撤去千斤頂[8-9]。將主支托頂面根據(jù)網(wǎng)格鋼梁底面切平后點焊固定,防止分塊定位完成后在施工過程中產(chǎn)生移動。提升支撐架落于室外地面時,在地面上鋪設路基箱,然后將胎架支撐于路基箱上,可以保持胎架穩(wěn)定,不發(fā)生沉降。提升支撐架上、下連接措施如圖11所示。

圖11 提升支撐架上、下連接措施

3.4.2分塊吊裝措施

為保證吊裝姿態(tài)符合安裝要求,對網(wǎng)架分塊采用四點吊法進行吊裝,其中1根鋼絲繩直接與結構捆綁,其余鋼絲繩均設置手拉倒鏈,以便調(diào)整吊裝單元傾斜角度[10]。分塊吊裝如圖12所示。

圖12 提升支撐架分塊吊裝示意

3.4.3吊裝索具選擇

屋蓋桁架吊裝分段單元最重Q=12.6t,吊裝夾角60°,綁扎4個吊點,每個吊點采用1根鋼絲繩,具體受力分析為:sin60°= 0.866,則單根索具受力F=Q/(4sin60°) = 126/3.464 = 37kN,選用6 × 36抗拉強度為1 870MPa鋼絲繩,直徑為24mm,取安全系數(shù)K=6。鋼絲繩破斷拉力Sb= 355kN,Sb/K=355/6=60kN>37kN,滿足現(xiàn)場吊裝需要[11]。

3.4.4關鍵技術措施

由表5可知,單點最大提升點反力約為335.3kN,擬選用額定承載力為750kN液壓提升器,設計安全系數(shù)≥1.3。提升器計算安全系數(shù)K=(750/335.3)=2.24> 1.25,滿足要求[11-12]。北連接體提升點與提升支撐架布置如圖13所示。

圖13 提升點與提升架布置平面

表5 提升點反力及提升器選擇

開始試提升時,液壓提升器伸缸壓力逐漸上調(diào),依次為所需壓力的20%,40%,一切正常情況下,可加載至60%,70%,80%,90%,95%,100%。為確保提升單元及主體結構提升過程的平穩(wěn)、安全,根據(jù)結構特性,擬采用吊點油壓均衡、結構姿態(tài)調(diào)整、位移同步控制、順序卸載就位的同步提升和卸載落位控制策略。提升單元提升至距離設計標高約200mm時,暫停提升;各吊點微調(diào)使結構精確提升到達設計位置;液壓提升系統(tǒng)設備暫停工作,保持提升單元空中姿態(tài),安裝后補桿件,使提升單元結構形成整體穩(wěn)定受力體系。液壓提升系統(tǒng)設備同步減壓,至鋼絞線完全松弛;拆除液壓提升系統(tǒng)設備及相關臨時措施,完成提升單元整體提升安裝。

施工操作流程如圖14所示。

北連接體屋蓋鋼網(wǎng)架提升時,充分利用原結構受力點作為提升點,在原有結構柱上設置提升器。待屋蓋鋼結構提升至設計位置后,安裝提升點與支座之間桿件,結構自重由提升器承擔逐步轉換成由支座承擔。提升點至支座之間的補桿長度較短,線剛度較大,當提升設備卸載時,提升點處結構豎向變形幾乎為0,提升點反力通過剛度較大補桿傳遞至支座,因此,提升點卸載只影響支座附近桿件,對其他結構桿件的影響很小。

此外,卸載過程中以理論計算為依據(jù),以變形控制為核心,以測量控制為手段。一方面,卸載時相鄰提升點受力不會產(chǎn)生過大變化,避免提升出現(xiàn)過大變形、位移或破壞,保證結構體系桿件應力不超過GB 50017—2017《鋼結構設計標準》規(guī)定的允許應力;另一方面,也避免了結構體系桿件內(nèi)力過大導致出現(xiàn)塑性變形或影響結構安全、使用、觀感的變形和位移進而引起的破壞,從而確保結構體系受力轉換可靠、穩(wěn)定。

4 結語

結合西安咸陽國際機場三期擴建工程東航站樓(T5)項目鋼結構屋蓋網(wǎng)架北連接體提升施工進行闡述,從東航站樓工程整體概況,北連接體概況,北連接體總體施工思路、施工流程、現(xiàn)場拼裝方案、地面拼裝分塊劃分及吊裝方案、提升專項方案及關鍵技術措施等進行介紹。結論如下。

1)北連接體屋蓋鋼網(wǎng)架采用分區(qū)塊拼裝+分塊吊裝+整體提升進行施工,施工分區(qū)整體分為14.500m樓面拼裝NL-1區(qū)、7.300m樓面拼裝NL-2區(qū)及地面拼裝NL-3區(qū)。

2)NL-1區(qū)在14.500m樓面上高空原位拼裝到位,下部搭設腳手架平臺,NL-2區(qū)在7.300m樓面上由中間向兩側進行現(xiàn)場拼裝,下部搭設管撐,NL-3區(qū)共分8個吊裝分塊,在地面拼裝成塊后吊裝至7.300m樓面與NL-2區(qū)網(wǎng)架進行對接并整體提升。

3)NL-3區(qū)鋼屋蓋,采用分塊拼裝、分塊吊裝至7.300m樓面與拼裝完成的NL-2區(qū)網(wǎng)架進行對接,然后進行整體提升,地面拼裝分塊劃分為8個單元拼裝,最大分塊面積260m2,重12.6t,80t汽車式起重機14m作業(yè)半徑、31.39m主臂長度額定吊重16t>12.6t, 滿足要求。

4)支撐架應具有足夠剛度、高度不宜過大、初始幾何位置準確,支點應設置在桁架、梁交叉節(jié)點位置,避免出現(xiàn)次彎矩、減少臨時支撐對已施工結構的影響,同時應考慮臨時支撐在豎向荷載作用下的壓縮變形,塔架結構應具有足夠安全度。

5)提升支撐架單點最大提升點反力約為335.3kN, 選用額定承載力為750kN液壓提升器,提升器計算安全系數(shù)K=(750/335.3)=2.24>1.30,滿足要求。

6)為確保提升單元及主體結構提升過程的平穩(wěn)、安全,根據(jù)結構特性,采用吊點油壓均衡,結構姿態(tài)調(diào)整,位移同步控制,順序卸載就位的同步提升和卸載落位控制策略。

7)提升點至支座之間的補桿長度較短,線剛度較大,當提升設備卸載時,提升點處結構豎向變形幾乎為0,提升點反力通過剛度較大補桿傳遞至支座,提升點卸載只影響支座附近桿件,對其他結構桿件幾乎不產(chǎn)生影響。