波音飛機定制廠房工程關(guān)鍵施工技術(shù)研究

鄒海濤

中鐵六局集團有限公司 北京 102200

近幾年隨著我國大型基建工程加速推進，涌現(xiàn)出了一批大型工業(yè)廠房、飛機庫、高鐵站房、體育場館等大型鋼結(jié)構(gòu)工程，本文通過對此類工程典型案例進行研究，從施工質(zhì)量、安全、進度等方面總結(jié)了大型鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程關(guān)鍵施工技術(shù)要點。案例為波音737MAX飛機完工及交付中心定制廠房及配套設(shè)施工程。建設(shè)單位為舟山航空投資發(fā)展有限公司，運營公司為美國波音公司、中國商用飛機有限責(zé)任公司。工程建設(shè)地點為舟山市朱家尖航空產(chǎn)業(yè)園，占地面積約402667m2，總建筑面積60956m2。主要包括交付中心、完工中心、停機坪與滑行道場地、動力站及消防水泵站等，共10棟建筑單體，配套室外工程有園區(qū)、室外綜合管廊及停車場。該工程包含大體積混凝土工程如架空停機坪、大跨度重型鋼結(jié)構(gòu)工程如雙曲金屬屋面等大型結(jié)構(gòu)工程，配套有精密復(fù)雜的安裝工程、綜合管廊工程、超寬機庫大門及美國波音標準的精裝修工程。涉及的專業(yè)面較廣，整體性要求高，深化設(shè)計復(fù)雜，需要各個施工專業(yè)高度協(xié)調(diào)。因此本文選用這一案例進行大型廠房類鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點探究，具有很強的代表性。研究要點：（1）雙曲造型鋼結(jié)構(gòu)交叉平面桁架施工技術(shù)。（2）倒錐面圓弧玻璃幕墻施工技術(shù)。

1 雙曲造型鋼結(jié)構(gòu)交叉平面桁架施工技術(shù)

1.1 工程概況

本工程101號交付中心鋼結(jié)構(gòu)部分由三層鋼框架結(jié)構(gòu)以及頂部鋼屋蓋兩大部分組成，整體為弧形造型，流線型設(shè)計，主體采用交叉桁架鋼結(jié)構(gòu)體系，屋面在既有桁架上部呈雙曲面走向，外立面屬于圓弧玻璃幕墻系統(tǒng)及鋁板幕墻系統(tǒng)[1]。

1.2 工程特點

鋼結(jié)構(gòu)工程體量大，結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，工期短，構(gòu)件加工及安裝的精確度要求較高，需要配合較高標準的空間定位測量技術(shù)。

屋蓋采用交叉桁架結(jié)構(gòu)體系，正交桁架弦桿截面支撐力較差，無法支撐整跨吊裝?？臻g交叉桁架體系在沒完全形成體系前，單跨受力的桁架難以滿足設(shè)計應(yīng)力應(yīng)變的要求，需設(shè)置臨時加固結(jié)構(gòu)[2]。

本工程鋼結(jié)構(gòu)施工高處作業(yè)較多，吊裝工序復(fù)雜，吊裝機械要求較高，安全隱患較多，安全問題是重中之重。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝概述

鋼框架部分主要采用50t汽車吊在首層地坪進行吊裝，屋蓋部分主要采用100t履帶吊在屋蓋兩側(cè)進行吊裝，局部構(gòu)件和側(cè)向支撐等次結(jié)構(gòu)采用塔吊進行吊裝。鋼結(jié)構(gòu)安裝順序總體由北向南推進。先進行框架結(jié)構(gòu)的安裝，再進行屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝。雙曲桁架有部分懸挑、彎弧半徑大，給安裝工程中的空間定位工作、安裝精確度的控制工作帶來很大挑戰(zhàn)。需合理選用吊裝機械，周密部署吊裝方案，通過分段施工、分段復(fù)核、全站儀全程檢測的方法保證安裝質(zhì)量。

1.4 鋼屋蓋分段吊裝組織

整體框架結(jié)構(gòu)采用兩臺50t汽車吊由北向南同步進行梁、柱的吊裝作業(yè)，樓面壓型鋼板采用塔吊進行吊裝。最北側(cè)屋蓋結(jié)構(gòu)部分（15軸以北）位于102-4上方屋蓋部分采用50t汽車吊進行分段安裝。該部位為交叉平面桁架結(jié)構(gòu)體系，深化設(shè)計階段，根據(jù)桁架的的主次關(guān)系進行合理的分段，對于在樓層梁上設(shè)置臨時支撐的，則在鋼梁上設(shè)置轉(zhuǎn)換平臺，在支撐下部設(shè)置“田”字形型鋼梁進行荷載傳遞[3]。

1～15軸之間（101與102連接通道位置），結(jié)構(gòu)體系以四邊形桁架為主，東西向桁架落在柱子上為一級主桁架，桁架長度達到45m左右，分兩段進行吊裝；一級主桁架之間為四邊形二級主桁架，跨度約31m，桁架地面拼裝，采用100t履帶吊整段吊裝。二級主桁架之間次桁架、邊梁等次結(jié)構(gòu)按照自然分段，采用汽車吊進行吊裝。

1～22軸之間，結(jié)構(gòu)形式為交叉平面桁架體系，桁架之間采用水平斜撐。桁架根據(jù)主次關(guān)系進行自然分段，其中桁架采用100t履帶吊站在兩側(cè)分兩段進行吊裝，次結(jié)構(gòu)采用汽車吊進行吊裝。

桁架的分區(qū)示意見圖1所示。

圖1 11～15、1～8軸桁架分段示意圖

1.5 鋼桁架吊裝安裝臨時支撐措施

本工程臨時支撐主要用于雙曲分片桁架的支撐。雙曲桁架吊裝穩(wěn)定性難以控制，臨時支撐的設(shè)置使得分段吊裝從安裝精度、高差控制、安全防護方面得到了整體的改善，吊裝精度及穩(wěn)定性得到了大大的提高。本工程所使用支撐架高度4～18m不等。臨時支撐采用格構(gòu)式支撐架，支撐架截面尺寸1.5m*1.5m，立桿采用B120*5的方管，腹桿采用B60*4的方管，頂部轉(zhuǎn)換鋼梁采用H型鋼，規(guī)格為H300*200*8*12，方管材質(zhì)為Q235B，H型鋼材質(zhì)為Q345B。雙曲桁架間跨度及高度高低起伏無規(guī)律變化，特別是立面屬于雙曲線因此臨時支撐設(shè)置時要隨著結(jié)構(gòu)變化而變化[4]。

支撐架下部采用混凝土基礎(chǔ)，在壓實的地基土上澆筑厚度不小于200mm的混凝土基礎(chǔ)，混凝土基礎(chǔ)平面尺寸在支撐架輪廓尺寸的基礎(chǔ)上每邊至少外擴0.5m，舉例說明：1.5m×1.5m的支撐架，混凝土基礎(chǔ)平面尺寸不應(yīng)小于2.5m×2.5m；選用C30以上等級的混凝土，直徑14mm以上的三級鋼，配筋為間距150mm的雙層雙向布置方式。

混凝土基礎(chǔ)內(nèi)埋埋件，埋件板尺寸400mm×400mm，厚度16mm，錨筋采用20mm的螺紋鋼，長度180mm；埋板上面做300mm×300mm×16mm的過渡板，過渡板上塞焊螺栓與支撐架立柱連接，過渡板與埋板采用焊腳高度12mm的角焊縫圍焊一圈。

1.6 平面桁架平面外的穩(wěn)定性技術(shù)保證措施

為保證桁架在安裝過程中的穩(wěn)定性，在桁架跨中下部設(shè)置支撐架以減小桁架的支承跨度，桁架外側(cè)角部位置設(shè)置水平支撐與鋼柱或桁架連接加固；一級主桁架安裝完成后立即進行二級主桁架安裝。

第一榀平面桁架安裝時，為保證其平面外的穩(wěn)定，采用剛?cè)峤Y(jié)合的支撐方式進行臨時固定。桁架吊裝就位后，吊機先不松鉤，將桁架與鋼柱或支撐架用臨時卡板連接牢靠；桁架下弦位置采用圓管作為剛性支撐與相鄰樓屋面鋼梁連接形成一個穩(wěn)定體系；此外在桁架上弦兩側(cè)各拉設(shè)二道纜風(fēng)繩。通過上述二種方式來保證桁架的平面外穩(wěn)定。待第二榀桁架就位后，利用相鄰兩榀桁架的側(cè)向桿件形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

本工程桁架跨中設(shè)有支撐架，待同一榀桁架兩個分段焊接完畢形成強度后即可拆除支撐架。支撐架拆除采用火焰切割法，分層切割支撐架頂部型鋼，待桁架與支撐架脫開后，利用吊機將支撐架抽出吊離。

2 倒錐面圓弧玻璃幕墻施工技術(shù)

2.1 工程概況

101交付中心單體建筑面積14520m2，建筑高度17.1m，建筑層數(shù)3層，單體東立面有1處倒錐面圓弧玻璃幕墻，倒錐幕墻向外傾斜107°，平面最大弧形半徑18.5m，兩側(cè)過渡為雙曲面玻璃，整體為框架隔熱型玻璃幕墻，詳見圖2所示。

圖2 外挑幕墻平面圖

2.2 施工工藝

前期準備→測量放線→安裝轉(zhuǎn)接件→安裝鋼立柱→安裝次龍骨→安裝防火隔斷→隱蔽驗收→安裝背襯板→龍骨驗收→安裝玻璃→安裝扣蓋→主體驗收。

2.3 施工要點

2.3.1 施工準備

首先進行電腦建模型,提取龍骨立柱3D模型信息。

通過三維模型，只留下立柱結(jié)構(gòu)，生成CAD版圖紙，圖紙均為1:1建模。

在CAD上生成圖紙后，進行正視圖，確定好標高，選取兩個水平切剖面，倒錐標高5.23m和14.08m兩個水平切剖面，標高的選擇是連接件下口的標高，便于施工。只留下立柱的橫斷面，俯視CAD圖。

2.3.2 放線定位

在CAD圖紙中分析倒置圓錐形狀特點，發(fā)現(xiàn)除兩側(cè)的圓弧部分外，倒置圓錐各截面圓弧圓心皆在同一中心線上，測量定位過程中可利用同心圓曲線特點進行測量定位。

各倒錐龍骨邊線的定位：①把切剖面的標高在鋼結(jié)構(gòu)柱上進行標記。②通過軸線位置及角度確定龍骨邊線，延長12號軸線、16號軸線至外網(wǎng)控制線，延長要測量的龍骨截面邊線至12號軸線的外延伸線，并標記交點位置P，于CAD圖紙確定此交點至外控制網(wǎng)線的直線距離N，計算出兩條線之間的夾角R，將經(jīng)緯儀架在兩線交點，轉(zhuǎn)R度角定位龍骨邊線。③標記臨時固定點，將角鋼水平焊接于提前標記好的標高位置，角鋼邊線與測量出的龍骨邊線重合。④按照同樣的方法逐一定位龍骨邊線位置，為提高測量定位工作效率，龍骨邊線可間隔測量，利用兩側(cè)龍骨邊線及標高位置確定中間龍骨邊線位置。但兩側(cè)的雙曲幕墻與倒錐形曲面不是同心圓，需逐一測定龍骨邊線。

2.3.3 轉(zhuǎn)接件安裝

復(fù)核：復(fù)核初步固定的轉(zhuǎn)接件位置，通過進一步測量定位確保每個轉(zhuǎn)接件的進深誤差在2mm內(nèi)，垂直及水平誤差在1mm內(nèi)方可進行下步工序。

加固：確定各個轉(zhuǎn)接件位置在誤差允許范圍內(nèi)后進行正式的轉(zhuǎn)接件加焊。

防腐防銹處理：防腐防銹處理是保證鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要工作，在施工過程中要將被破壞的構(gòu)件防腐面層及時進行清理、刷漆處理。

2.3.4 立柱的安裝

檢查：立柱的分格線、進出位線。

300*100*8mm鋼立柱轉(zhuǎn)接件處進行打孔，2個φ1mm的孔洞，穿2-M20不銹鋼螺栓與轉(zhuǎn)接件栓接固定，立柱為上下通長鋼龍骨，轉(zhuǎn)接件與主體鋼結(jié)構(gòu)梁焊接固定。鋁型材半立柱通過機制螺絲固定在鋼立柱上，機制螺絲間距不得大于300mm。

2.3.5 鋁型材橫梁安裝

標記：檢查鋁型材橫梁的標高，檢查無誤后將標高信息在已安裝完成的立柱上標注備用。

安裝：先在已標記好標高位置的立柱上使用3-M20不銹鋼螺釘連接鋁角碼，再用沉頭螺釘連接橫梁。

2.3.6 防火隔斷和背襯板安裝

幕墻分格結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)連接施工時要配合防火隔離帶的施工工作，結(jié)構(gòu)部分用自攻釘連接鐵皮及鋁型橫梁、射釘連接鐵皮與混凝土樓板。鐵皮與鋁型材橫梁縫隙填充膠皮處理，其余縫隙部分作為防火隔離帶處理，主要用防火巖棉進行填充（防火巖棉材料密度在120 kg/m3以上，厚度在100mm以上，確保使用高性能防火材料），用1.5mm厚鍍鋅鋼板進行承托，用背襯鋁單板進行外部封堵。

2.3.7 玻璃安裝

吊裝：所吊裝玻璃屬熱彎弧形玻璃，最大規(guī)格重約0.565t，長2.414m，寬3.12m。根據(jù)這一規(guī)格制定吊裝方案為：25t汽車吊用專用扎帶吊裝至玻璃安裝位置，再用3t的手拉葫蘆配合吊裝進行最后的定位調(diào)整。

檢查復(fù)核：玻璃安裝順序為先下后上再調(diào)整，即先對接下部型材卡槽，再連接上部型材卡槽，安裝完成后進行統(tǒng)一復(fù)核調(diào)整，測量調(diào)整確保橫梁水平度、立柱垂直度在誤差范圍內(nèi)，再檢查各塊玻璃是否在同一弧面，檢查平整度。

固定：位置調(diào)整復(fù)核完成后，用不銹鋼螺栓將壓塊固定在龍骨上。

安裝：玻璃從下至上安裝。

2.3.8 吊裝注意事項

玻璃吊裝時必須配備丙綸扁絲繃帶，且用軟質(zhì)材料保護邊角部位。圓錐玻璃使用汽車吊吊裝時，必須配備防墜器。汽吊吊裝玻璃過程中，吊裝下5m范圍設(shè)置安全警戒線，并有專人看護。

2.3.9 質(zhì)量和安全保證措施

嚴格檢測進入施工現(xiàn)場的材料質(zhì)量；檢查鋁合金型材平面間隙、曲面間隙、扭擰度；復(fù)核玻璃的表面質(zhì)量及尺寸精度。

3 總結(jié)

通過對以上施工技術(shù)的分析研究，主要得出以下結(jié)論：

大型鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程結(jié)構(gòu)各有不同，要根據(jù)實際建筑體量及結(jié)構(gòu)特點選用吊裝方案，確定安裝精度標準。對于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程，可分單元組織吊裝施工，如空間雙曲交叉桁架，要采用合理的支撐方式來保證雙曲桁架安裝穩(wěn)定性，在保證吊裝安全及雙曲造型安裝精度的前提下合理采用吊機進行高質(zhì)量的鋼結(jié)構(gòu)安裝，有效利用高精度測量儀器保證大跨度的空間桁架的安裝精度，通過臨時支撐的設(shè)置，建立剛?cè)岵⑦M的結(jié)構(gòu)體系。

現(xiàn)代建筑對特殊使用功能要求和大氣美觀效果要求越來越高，精品工程層出不窮，將有更多大型幕墻設(shè)計方案。該施工技術(shù)總結(jié)對后續(xù)施工類似工程增添了實踐經(jīng)驗積累，從工程實踐當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)些許問題，在細節(jié)上需要繼續(xù)從實踐中得到更好解決。