廣州白云國際機場G3飛機維修庫機庫大廳屋面鋼結(jié)構(gòu)與通風消防管道綜合施工技術(shù)

文／文勉聰 廣州協(xié)安建設工程有限公司 廣東廣州 510075

引言：

隨著社會發(fā)展，建筑功能越來越復雜，在一些特定的場合，需要建造大跨度的空間來滿足使用的需求，如展覽館、大會堂、工業(yè)廠房、飛機維修庫等。在大跨度空間結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)由于具有強度高、自重輕、整體剛性好、變形能力強等特點，應用最為廣泛。我國大跨度空間結(jié)構(gòu)的基礎原來比較薄弱，但隨著國家經(jīng)濟實力的增強和社會發(fā)展的需要，近十余年來也取得了比較迅猛的發(fā)展，但150m 以上的超大跨度空間結(jié)構(gòu)的工程實踐還比較少。本文結(jié)合廣州白云國際機場G3 飛機維修庫機庫大廳工程，針對下檐存在高差的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋地面拼裝，通風、消防系統(tǒng)隨屋面網(wǎng)架整體二次提升進行研究。

1、項目概況

廣州白云國際機場G3 飛機維修庫機庫大廳跨度152 m，進深68 m。大廳屋蓋為兩層斜放四角錐網(wǎng)架，下弦支承，整個網(wǎng)架通過33 個球型支座與混凝土柱連接。大廳網(wǎng)架下弦中心標高為26．0m，主要網(wǎng)格尺寸6m×4．5m，高度5m。大門開敞邊設置兩榀三層球管桁架，大門桁架下弦中心標高22．0m，高度9m，大門下弦標高與屋蓋下弦標高存在高差。大廳采用上送下排的全面空氣覆蓋的通風形式，機庫大廳網(wǎng)架內(nèi)布置送風口，風口滿布維修飛機平面投影內(nèi)區(qū)域。消防管網(wǎng)拼裝與風管拼裝交叉進行，消防管道數(shù)量多、長度長，拐角節(jié)點多，在網(wǎng)架中穿插進行拼裝，作業(yè)區(qū)域小，安裝精度要求高，定位固難。在本工程中，采用大門桁架、屋蓋網(wǎng)架、通風、消防管網(wǎng)地面整體拼裝，二次整體提升的施工方案。

2、地面整體拼裝

2．1 大門桁架及屋蓋網(wǎng)架拼裝

屋蓋網(wǎng)架拼裝分為A、B、C、D、E、F 六個作業(yè)區(qū)進行，A 區(qū)為起步網(wǎng)架，A 區(qū)拼裝完成后同步拼裝B、C、D、E、F 區(qū)。首先進行網(wǎng)架下弦球中心的測量定位，然后安裝下弦球胎架，胎架由50CM 高的鋼墩和調(diào)整圓管組成，頂部標高通過全站儀進行復核。A 區(qū)起步網(wǎng)架拼裝順序：下弦球定位——安裝下弦桿——安裝腹桿及中弦球——安裝中弦弦桿——安裝上弦層。按此順序完成A 區(qū)起步網(wǎng)架拼裝后，B、C、D、E 四個分區(qū)同時平行施工，最后拼裝F 區(qū)，以滿足進度要求。拼裝F 區(qū)時在大門桁架位置搭設滿堂腳手架用于安裝桁架中弦及上弦，由于F 區(qū)大門桁架下弦標高與屋蓋下弦標高存在高差，故大門桁架下弦待進行第一次提升后再拼裝。至此，完成屋蓋網(wǎng)架及大門桁架中弦、上弦拼裝。

圖1 屋蓋網(wǎng)架拼裝分區(qū)圖

2．2 通風管網(wǎng)拼裝

應用項目的通風管網(wǎng)風管為大口徑螺旋風管，自身較重，最大直徑達φ2100mm，且安裝凈空高，建筑主體風管固定支撐點不足，定位難。為解決風管管網(wǎng)在屋蓋網(wǎng)架拼裝過程中穿插進行時遇到的安裝定位差、支撐點不足、風管運輸困難等問題，提出了：（1）使用槽鋼制作獨立支架，焊接在球型支座上，支架上端設置相應風管直徑的圓弧托架固定風管，根據(jù)風管的安裝高度調(diào)節(jié)支架高度，兩支架間設立斜桿，保證支架的穩(wěn)定性；（2）在兩個球型支座之間用槽鋼焊一根支座梁，根據(jù)風管的直徑大小，在支座梁上設置相應直徑的圓弧托架；（3）利用架設在球型支座上的固定支架，在支座梁上設置臨時軌道，用于超大口徑螺旋風管在網(wǎng)架內(nèi)運輸及調(diào)整位置。

2．3 消防管網(wǎng)拼裝

消防管網(wǎng)拼裝與屋蓋網(wǎng)架拼裝一起進行，形成先完成網(wǎng)架下弦拼裝，后進行消防管道安裝，再進行網(wǎng)架上弦拼裝的流水施工，并在流水施工中進行消防管網(wǎng)與風管、水電施工交叉進行，方便管線檢修調(diào)整。

為確保整體提升過程中消防管道的穩(wěn)定和安全，增設抗震支架。根據(jù)消防管道的安裝高度，使用角鋼制作高度可控的獨立消防管道支架。支架設置在球型支座、桿件、槽鋼等支撐物上，用以支撐消防管道，再用鍍鋅圓鋼箍緊消防管道，最后設置側(cè)向抗震支架。當多根消防管道并列共架時，在兩個球型支座上焊接架設槽鋼作為支架梁，安裝消防管道并逐一使用鍍鋅圓鋼固定，最后使用帶孔槽鋼與側(cè)向抗震支架組成的梯形抗震支架固定。

為增加消防管道隨網(wǎng)架整體提升過程中的可變形余量，增強消防管道在提升過程中的抗震性能，在進行卡箍固定消防管道時，螺栓初擰力矩應為設計要求的85%，待完成提升后，再進行補擰，直到擰緊至設計要求。

3、吊點及支撐架設置

廣州白云國際機場G3 飛機維修庫機庫大廳工程整個屋蓋網(wǎng)架分為維修機庫與噴漆機庫兩個區(qū)域，屋蓋網(wǎng)架提升前重量約為960t。由于噴漆機庫區(qū)域網(wǎng)架上設置有吊車、修理塢、消防管道以及通風管道等，噴漆機庫網(wǎng)架重量比維修機庫網(wǎng)架重200t 左右，造成左右兩區(qū)域網(wǎng)架重量懸殊較大。

3．1 計算機模擬分析確定提升點位設置的最佳方案

通過運用SFCAD2000 計算機軟件模擬，分析網(wǎng)架不同提升工況的受力情況，確定最優(yōu)提升點位設置方案，進而模擬分析網(wǎng)架在提升過程的受力情況，使整體提升結(jié)構(gòu)受力最大限度地滿足結(jié)構(gòu)設計的邊界條件[1]。通過模擬分析受力情況，將提升點選定在永久結(jié)構(gòu)柱及大門桁架上，共設置20 個提升點，提升點設置如下：

圖2 提升點布置圖

3．2 利用現(xiàn)有拼裝完成的大門桁架作為提升點的支撐

由于大門下弦標高與屋蓋下弦標高存在高差，整體提升需采用二次提升。第一次提升過程中由于機庫大廳網(wǎng)架與大門桁架未進行連接，提升點A1、A8 和B1、B8 不參與提升，為此，需在大廳網(wǎng)架與大門桁架相交處對稱設置提升點。由于無法像其他提升點一樣，利用永久性的鋼筋混凝土支撐柱作為提升支架的受力點，經(jīng)過優(yōu)化原有設計，利用現(xiàn)有拼裝完成的大門桁架作為提升點的支撐，于大門桁架處對稱設置4 個提升點A9、A10、B9、B10，在此提升點設置4 個“7”字型提升架。

圖3 提升支架(提升點A9、A10、B9、B10）示意圖

3．3 自重不平衡屋蓋網(wǎng)架提升點設置

維修機庫與噴漆機庫兩個區(qū)域網(wǎng)架重量懸殊較大，在維修機庫與噴漆機庫分界位置支撐柱上設置對稱的兩個提升點A6、A7 和B2、B3，兩個區(qū)域網(wǎng)架重量相差接近200t，經(jīng)模擬計算，設置于提升點B2、B3 的液壓提升器為200t。

圖4 自重不平衡屋蓋網(wǎng)架分界位置液壓提升器設置

3．4 計算機分析提升柱受力情況，設置臨時柱間支撐

確定提升點位置后，通過模擬計算分析作為提升支柱的鋼筋混凝土柱在提升過程中的受力情況，安裝臨時柱間支撐、永久柱間支撐，使支撐柱形成整體，以增加支撐柱的穩(wěn)定性，進一步保證提升架的穩(wěn)定性和安全性。

4、整體吊裝提升

4．1 同步提升控制

屋蓋網(wǎng)架、通風、消防管網(wǎng)整體提升時，同步控制要求高。提升時，若各個提升點不同步，網(wǎng)架會發(fā)生變形，由于變形差異極易導致水平力偏移，造成整個網(wǎng)架失穩(wěn)。因此，在提升過程中需對各提升點的動作同步、高度偏差和負載均衡的控制進行同步模擬。通過計算機仿真分析計算，得出結(jié)構(gòu)整體同步提升工況下各提升點提升反力，再計算出安全范圍的不同步工況下提升反力。在計算機控制的提升過程中，向各提升點發(fā)出相應的指令，以達到各提升點同步提升的目的。

圖5 提升過程網(wǎng)架的變形模擬圖

計算機控制液壓同步整體提升技術(shù)采用柔性鋼絞線和剛性立柱支承、提升器集群、計算機控制、液壓同步提升原理，將構(gòu)件在地面拼裝后，整體提升到預定高度安裝就位。液壓同步提升技術(shù)的核心設備——控制計算機，全自動完成同步升降、負載平衡、姿態(tài)校正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。因此，在提升過程中，不但可以控制構(gòu)件的運動姿態(tài)和應力分布，還可以讓結(jié)構(gòu)構(gòu)件在空中長期滯留和進行微動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)倒裝施工和空中拼接，完成人力和現(xiàn)有設備難以完成的施工任務，使大型構(gòu)件的起重安裝過程簡便快捷，安全可靠[2]。

同步整體提升分兩次進行，網(wǎng)架及大門桁架的上弦和中弦拼裝完成后，進行第一次提升，第一次提升區(qū)域包括A、B、C、D、E 五個區(qū)域，第一次提升高度為與F 區(qū)上表面齊平，在F 區(qū)大門桁架下弦反裝完成后進行A、B、C、D、E、F 六個區(qū)域的同步整體提升。

4．2 整體一次提升

首先按一定比例分級加載進行試提升，每次加載均測量應力、應變數(shù)據(jù)，做相應處理后進行一下級加載，直至結(jié)構(gòu)全部離開低位胎架150mm。試提升的目的是檢查網(wǎng)架提升施工變形和應力是否在許可范圍之內(nèi)，消除安全隱患。第一次提升，將網(wǎng)架提升至離地3．5m 后懸停，鎖緊固定后進行大門桁架下弦以及馬道、墻架等附屬結(jié)構(gòu)的安裝。

圖6 測量機器人變形監(jiān)測

4．3 整體二次提升

第二次提升，大門中部吊點拆除，第二次提升前須進行試提升，試提升工作內(nèi)容和步驟與第一次提升相同。網(wǎng)架提升至離地5m 后懸停，安裝下弦處大門導軌，繼續(xù)提升，超過壓桿位置后，安裝柱間壓桿，網(wǎng)架繼續(xù)提升到設計高度。

4．4 監(jiān)測

為保證結(jié)構(gòu)提升安全，需對提升全過程實施應力、應變監(jiān)測。應力、應變監(jiān)測通過在結(jié)構(gòu)的重點部位安裝應力計、應變計，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)控其數(shù)值變化。同時采用多臺高精度全站儀，免棱鏡分區(qū)域?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的變形進行實時觀測，結(jié)合網(wǎng)架整體的應力、應變實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，確保提升過程中形態(tài)變化的實時監(jiān)控，保證結(jié)構(gòu)施工期間的提升安全[3]。

5、提升后桿件、管道的補裝及更換

網(wǎng)架的部份桿件在提升過程中，會與混凝土柱、柱間支撐或支撐架發(fā)生碰撞，這部份桿件需要在整體提升到頂后，再進行補裝。整體提升到頂，并調(diào)整定位后，開始永久桿件補裝。桿件補裝按照大門兩端下弦桿件——直腹桿——斜腹桿——中弦桿件——上層結(jié)構(gòu)的順序進行，其余部位構(gòu)件按左右對稱原則進行補裝。

整體提升完成后，對通風、消防管道進行補裝，包括網(wǎng)架消防管道與地面消防管道的拼接，對通風、消防管道連接卡箍、螺栓擰緊等。通風、消防管道補裝完成后，對應力監(jiān)測預警部位進行重點檢查，檢查內(nèi)容包括：中心偏移和高度偏移，擾度、扭轉(zhuǎn)等幾個方面，對形變?nèi)庋劭杀娴墓艿肋M行更換。檢修完成后，對通風、消防管道進行漏光、壓力測試。

結(jié)語：

屋面鋼結(jié)構(gòu)與通風消防管道綜合施工技術(shù)在廣州白云國際機場G3 飛機維修庫機庫大廳工程中的成功應用，有效解決了自重不平衡網(wǎng)架與通風消防管道整體提升施工過程中，大口徑螺旋風管在網(wǎng)架內(nèi)的安裝及運輸困難，超高空網(wǎng)架消防管道施工作業(yè)區(qū)域小、支撐點不足，網(wǎng)架與桁架下弦存在高差的拼裝與整體提升，提升支撐點及提升架設置等問題。提升了施工效率，同時降低了通風消防管道安裝難度，為今后類似超高空通風消防管道隨空間網(wǎng)架整體提升安裝施工提供經(jīng)驗參考。