超大面積空間雙曲面鋼網(wǎng)架屋蓋的卸載施工技術(shù)

黃沛林 司法強 潘鈞俊 方能榕 陳 華 沈 潔 王 剛

中國建筑第八工程局有限公司 上海 201204

杭州蕭山國際機場三期工程施工體量巨大、工期緊，合同總工期僅900 d，需于2021年12月31日竣工交付使用。

根據(jù)設(shè)計要求，航站樓主樓需待鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋蓋提升就位卸載后，方可進行后續(xù)金屬屋面及外幕墻安裝，閉水后方可進行大面積室內(nèi)精裝作業(yè)與機電設(shè)備設(shè)施安裝。

但根據(jù)目前工期總控節(jié)點計劃，在土建、鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)塊施工完成后，交付給金屬屋面、精裝修、幕墻、機電安裝及民航弱電系統(tǒng)等專業(yè)單位的有效施工時間僅為3～6個月（目前國內(nèi)外機場項目后續(xù)精裝修施工工期最短達11個月），因此，縮短鋼結(jié)構(gòu)屋蓋提升就位卸載時間，可有效加快整體工程施工進度。

本文結(jié)合主樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場進度，在滿足屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工安全、保證施工質(zhì)量的前提下，在原有方案的基礎(chǔ)上[1]，對主樓屋蓋卸載施工進行了相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，即在下部鋼管支承柱穩(wěn)定性驗算的基礎(chǔ)上，采取先卸載鋼網(wǎng)架屋蓋、后進行下部鋼管支承柱混凝土灌注的方案，以便提前穿插后續(xù)專業(yè)工程的施工，對確保工程在合同工期內(nèi)完成具有重大意義。

1 屋蓋體系設(shè)計概述

杭州蕭山國際機場T4航站樓主樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用空間雙曲面網(wǎng)架＋封邊桁架＋分叉鋼柱結(jié)構(gòu)體系（圖1、圖2），鋼結(jié)構(gòu)包括焊接球網(wǎng)架、箱形封邊桁架、馬道、鋼平臺、屋面系統(tǒng)下層主檁條及檁托、吊掛在屋蓋網(wǎng)架下弦的幕墻搖臂梁及清洗吊鉤等。

圖1 主樓B區(qū)屋蓋軸測示意

圖2 典型單元組合

主樓屋蓋投影尺寸為466 m×291 m，投影面積為115 000 m2，屋蓋上弦最高點標高為42.05 m，最低點標高為32.26 m，整體最大高差9.79 m。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2 m。屋蓋最大跨度為54 m，屋蓋南北兩側(cè)懸挑長度為44 m，東西方向懸挑最大長度為44 m。

主樓屋蓋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度主要由一體化的屋蓋結(jié)構(gòu)整體提供，框架柱（下鉸上剛）＋空間桁架/網(wǎng)架形成了一系列的剛架（圖3），從而提供了整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度。

圖3 鋼網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)受力模型示意

2 屋蓋提升施工簡介

根據(jù)結(jié)構(gòu)布置特點、現(xiàn)場安裝條件以及提升工藝的要求，鋼結(jié)構(gòu)提升范圍為結(jié)構(gòu)的1-AW—1-CA軸與1-B1— 1-B5 線之間，結(jié)構(gòu)最大跨度為56.32 m，縱向長度466 m，最大提升高度為38.7 m。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋共分為5個提升區(qū)域（圖4、圖5）。為滿足施工進度需要，盡可能減小拼裝高度，單個提升區(qū)采用累積提升的施工方法。

圖4 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)提升分區(qū)示意

圖5 提升吊點平面布置示意

鋼結(jié)構(gòu)屋蓋各提升區(qū)的信息統(tǒng)計如表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的各提升區(qū)信息

3 支承柱穩(wěn)定性驗算

鋼屋蓋支承直柱1-Be、1-BD軸按鋼管混凝土柱考慮；其余按純鋼管柱考慮，不考慮混凝土的作用。

各階段應(yīng)力比說明：

階段一（P1a）：施工階段，僅考慮鋼結(jié)構(gòu)自重下的應(yīng)力比——累積在鋼管中的應(yīng)力比。

階段一（P1b）：施工階段，僅考慮鋼結(jié)構(gòu)自重＋溫度作用的應(yīng)力比——施工階段最大應(yīng)力比。

階段二（P2a）：考慮混凝土的作用，并考慮附加恒載、活載、風(fēng)荷載、地震作用、溫度作用等，不考慮階段一（P1a）中鋼結(jié)構(gòu)自重的應(yīng)力比——鋼管中的增量應(yīng)力比1（對應(yīng)P1a）。

階段二（P2b）：考慮混凝土的作用，并考慮附加恒載、活載、風(fēng)荷載、地震作用等，不考慮階段一（P1b）中鋼結(jié)構(gòu)自重＋溫度作用的應(yīng)力比——鋼管中的增量應(yīng)力比2（對應(yīng)P1b）。

階段三（P3）：一次性加載狀態(tài)下的應(yīng)力比——設(shè)計應(yīng)力比。

經(jīng)分析，各直柱的應(yīng)力比如圖6所示。

圖6 應(yīng)力比匯總示意

分析可知：1-BD 與1-Be 軸，即最外2排直柱在施工階段即灌注混凝土的情況下，其兩階段應(yīng)力比基本能夠滿足要求；其余出現(xiàn)應(yīng)力比超限的直柱，須在施工階段控制其負載，如局部區(qū)域不完全卸載，或者下部增設(shè)臨時支承等措施。

4 主樓屋蓋卸載施工

4.1 屋蓋卸載施工方法

主樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)提升到位后，在支承柱安裝完成、承載力滿足設(shè)計要求[2-3]的前提下，對提升點進行卸載。提升點卸載采用計算機控制、分級等比卸載到位的施工方法，單次最大卸載量控制在50 mm。

4.1.1 屋蓋支承柱的施工要求

1）1-BG/1-BL/ 1-BP/1-BS/1-BV/ 1-Ba 軸30組屋蓋支承柱：屋蓋支承柱安裝到位后，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)先行卸載到位，后續(xù)再內(nèi)灌C60混凝土。

2）1-BD/ 1-Be 軸10組屋蓋支承柱：屋蓋支承柱安裝到位后，須先內(nèi)灌C60混凝土，混凝土強度達到要求后，再進行屋蓋鋼結(jié)構(gòu)卸載。

4.1.2 吊點卸載的要求

1）提升一區(qū)與四區(qū)合攏位置提升吊點：在一區(qū)、四區(qū)各自提升至設(shè)計標高并先行卸載到位后再進行合攏縫施工。

2）提升一區(qū)與五區(qū)、提升二區(qū)與三區(qū)合攏位置提升吊點：在各自提升分區(qū)提升到位后，保留合攏位置提升吊點，待合攏縫完成后，再進行卸載。

3）提升一區(qū)、五區(qū)與二區(qū)合攏位置提升吊點：在一區(qū)、五區(qū)提升到位后，除吊點D145/D501外，其余吊點先行卸載到位；二區(qū)提升到位后，保留合攏區(qū)域提升吊點，待合攏縫完成后，再進行卸載。

4.2 提升一區(qū)后續(xù)工作面施工區(qū)域的要求

提升一區(qū)屋蓋支承柱在承載力滿足設(shè)計要求的前提下，除保留吊點D106、D116、D132、D145、D159不卸載，其余吊點均分級等比卸載到位。

同時，為保證合攏位置屋蓋網(wǎng)架桿件順利合攏，提升一區(qū)南側(cè)結(jié)構(gòu)邊向北18 m區(qū)域屋面及吊頂暫不施工，提升一區(qū)北側(cè)結(jié)構(gòu)邊向南16.2 m區(qū)域屋面與吊頂及1-B4 軸以東區(qū)域暫不施工。

4.3 卸載技術(shù)措施

4.3.1 提升點卸載的方式

本工程主體結(jié)構(gòu)由計算機控制液壓提升器卸載，卸載量可控性及同步性較好[4-5]，整體卸載量精度可以控制在1 mm，卸載不會對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的應(yīng)力及應(yīng)變。卸載措施如下：

1）所有構(gòu)件在提升到位后，根據(jù)構(gòu)件設(shè)計條件，對部分桿件進行置換，保證所有安裝桿件順利到位。

2）所有提升吊點為電腦控制，在開始卸載前，必須將所有卸載單元進行整合，統(tǒng)一到同一電腦操作平面上。

3）卸載開始后，根據(jù)卸載的順序依次對提升吊點進行卸載，卸載量由電腦控制，緩緩下降。

4.3.2 計算機同步控制及傳感監(jiān)測系統(tǒng)

本工程采用傳感監(jiān)測和計算機集中控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動地實現(xiàn)同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。

本工程的液壓同步提升系統(tǒng)設(shè)備采用CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線控制以及從主控制器到液壓提升器的三級控制，實現(xiàn)了對系統(tǒng)中每一個液壓提升器的獨立實時監(jiān)控和調(diào)整，從而使得液壓同步控制過程的同步控制精度更高，且更加及時、可控和安全。操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機控制系統(tǒng)人機界面進行液壓卸載過程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察和控制指令的發(fā)布。

5 結(jié)語

目前，在國內(nèi)外大型民航機場、會展類項目中，鋼結(jié)構(gòu)屋面網(wǎng)架采取整體或者分區(qū)域提升技術(shù)時，還沒有先于設(shè)計條件提前卸載的成功案例。杭州蕭山國際機場三期工程為打破施工工期桎梏，在確保施工安全與質(zhì)量的前提下，T4航站樓主樓鋼網(wǎng)架屋蓋采取先卸載、后進行下部支承柱混凝土灌注的施工方法得到成功實施，可為以后大型民航機場、會展類項目提供可借鑒的案例和成熟的施工經(jīng)驗，社會效益明顯[6-7]。