大型機(jī)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋北連接體拼裝分塊施工技術(shù)

李紅現(xiàn),許向陽(yáng),于 浩,柏 海

(中國(guó)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(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程?hào)|航站樓采用1 + 6整體構(gòu)型,由1個(gè)集中式中央C區(qū)主樓及6條指廊構(gòu)成,如圖1所示。航站樓縱橫2個(gè)方向長(zhǎng)度分別為1 242,832m,結(jié)構(gòu)超長(zhǎng),東航站樓總建筑面積70萬(wàn)m2,地上59.6萬(wàn)m2,地下10.4萬(wàn)m2。中央C區(qū)主樓長(zhǎng)521m、寬286m;6條指廊長(zhǎng)度為206～422m, 寬度為41.5～ 60.2m。屋蓋網(wǎng)架各結(jié)構(gòu)單元支承形式、平面尺寸及屋脊標(biāo)高性能參數(shù)如表1所示[1]。因指廊南、北連接體屋蓋結(jié)構(gòu)形式、平面尺寸、屋脊標(biāo)高、材質(zhì)、桿件規(guī)格等均相同,故以北連接體為對(duì)象進(jìn)行介紹。

圖1 東航站樓平面效果

表1 屋蓋網(wǎng)架各結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),網(wǎng)架面積約8 886m2,桿件數(shù)量11 744 件,結(jié)構(gòu)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(biāo)高15.700m,柱頂設(shè)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(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)布、下部土建結(jié)構(gòu)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(jìn)行施工,先施工鋼結(jié)構(gòu)屋蓋網(wǎng)架,后施工7.300m樓面上局部鋼結(jié)構(gòu)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(shí)開(kāi)始拼裝,25t汽車式起重機(jī)站位于7.300m樓面高空原位拼裝NL-1區(qū)到位(下部搭設(shè)腳手架平臺(tái)),同時(shí)25t汽車式起重機(jī)從中間向兩側(cè)拼裝NL-2區(qū),場(chǎng)外50t履帶式起重機(jī)上料至樓面;地面上25t汽車式起重機(jī)拼裝NL-3區(qū)吊裝分塊,由80t汽車式起重機(jī)吊裝至7.300m樓面與NL-2區(qū)屋蓋網(wǎng)架對(duì)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(jìn)行對(duì)接補(bǔ)桿?？紤]機(jī)械行走和轉(zhuǎn)向空間,堆場(chǎng)及拼裝場(chǎng)地沿道路外側(cè)動(dòng)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(jié)構(gòu)提升施工中,分為8個(gè)步驟[2]：土建主體結(jié)構(gòu)施工完畢,作業(yè)面移交(房中房后施工)→25t汽車式起重機(jī)上樓面,安裝柱頂提升器→網(wǎng)架樓面、地面開(kāi)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(jī)開(kāi)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(jìn)行補(bǔ)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(jié)構(gòu)施工。北連接體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)提升施工流程如圖5所示。

圖5 北連接體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)提升施工流程

3.2 現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(shè)腳手架平臺(tái);NL-2區(qū):在7.300m樓面上由中間向兩側(cè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝,下部搭設(shè)管撐;NL-3區(qū):共分8個(gè)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(jìn)行對(duì)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(shí)以直線狀前進(jìn),最后由線形成面,網(wǎng)架每安裝1個(gè)網(wǎng)格后,必須全部測(cè)量1次,在安裝下一個(gè)網(wǎng)格時(shí),采用反誤差方式消除前一個(gè)網(wǎng)格安裝誤差。對(duì)于超過(guò)誤差的球節(jié)點(diǎn),利用千斤頂、倒鏈、電動(dòng)葫蘆等進(jìn)行調(diào)整,同時(shí)根據(jù)調(diào)整后的測(cè)量數(shù)據(jù),在安裝下一個(gè)網(wǎng)格時(shí)進(jìn)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(dá)到設(shè)計(jì)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(jìn)行對(duì)接,采用格構(gòu)式支撐架支撐下弦球進(jìn)行臨時(shí)固定。當(dāng)下弦球節(jié)點(diǎn)距離拼裝作業(yè)面高度H≤2m時(shí),采用單管拼裝胎架形式,胎架底部設(shè)埋件;當(dāng)下弦球節(jié)點(diǎn)距離拼裝作業(yè)面高度 2m4m時(shí),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(gòu)式支撐架拼裝胎架形式,格構(gòu)式支撐柱附著于主體結(jié)構(gòu)混凝土柱頂部位。拼裝工藝流程:測(cè)放網(wǎng)架下弦平面投影軸網(wǎng)→搭設(shè)拼裝胎架、復(fù)測(cè)校核→下弦球節(jié)點(diǎn)上胎架精確定位→下弦桿安裝定位、點(diǎn)焊固定→安裝上弦球節(jié)點(diǎn)(由腹桿組成的三角錐、四角錐)→補(bǔ)裝上弦桿→單個(gè)單元拼裝完成后進(jìn)行復(fù)測(cè)校核→全面校核無(wú)誤并驗(yàn)收→采用中間向兩側(cè)、單桿雙焊、雙桿單焊原則進(jìn)行全面焊接→采用同樣方法繼續(xù)下一個(gè)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(duì)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(jìn)行對(duì)接,然后進(jìn)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(gè)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(jī)吊裝至7.300m標(biāo)高樓面與拼裝完成的NL-2區(qū)網(wǎng)架進(jìn)行對(duì)接。地面分塊網(wǎng)架采用場(chǎng)外1臺(tái)80t汽車式起重機(jī)分塊吊裝,最大分塊質(zhì)量12.6t,80t汽車式起重機(jī)14m作業(yè)半徑、31.39m主臂長(zhǎng)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(xiàng)方案及關(guān)鍵技術(shù)措施

3.4.1臨時(shí)提升支撐架搭設(shè)方案

臨時(shí)提升支撐架應(yīng)具有足夠剛度,高度不宜過(guò)大,確保鋼結(jié)構(gòu)初始幾何位置準(zhǔn)確;臨時(shí)支撐支點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在桁架、梁交叉節(jié)點(diǎn)位置,避免出現(xiàn)次彎矩;合理確定臨時(shí)支撐塔架位置與數(shù)量,減少臨時(shí)支撐對(duì)已施工結(jié)構(gòu)的影響;應(yīng)考慮臨時(shí)支撐在豎向荷載作用下的壓縮變形量;提升支撐架結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠安全度,根據(jù)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)[7],在整個(gè)施工期間,應(yīng)保證各種構(gòu)件與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。支撐架以每6m為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié),采用單片組合,基本組合尺寸為1.5m×1.5m,可擴(kuò)展為以6m為模數(shù)的任意組合。支撐架由A,B,C 3個(gè)組件構(gòu)成,可在施工中根據(jù)需要隨意組合,任意擴(kuò)展。支撐架所有組件均由圓管構(gòu)成,如圖9所示。

圖9 標(biāo)準(zhǔn)支撐架組合

支撐架立柱采用法蘭系統(tǒng)對(duì)接,組件A,B,C間采用螺栓連接。這樣的設(shè)計(jì)可方便支撐架安裝、拆除,縮短施工周期,同時(shí)也方便支撐架運(yùn)輸及堆放。

北連接體屋蓋鋼網(wǎng)架臨時(shí)提升支撐架用于支撐外側(cè)屋蓋吊裝分塊,共23榀,支撐架搭設(shè)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(shè)置鋼管支托、墊塊、千斤頂。吊裝時(shí)利用千斤頂支撐支托調(diào)節(jié)網(wǎng)格支撐節(jié)點(diǎn)標(biāo)高,調(diào)節(jié)完成后,在次支托底部插入墊塊及楔塊墊實(shí),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(diǎn)焊固定,防止分塊定位完成后在施工過(guò)程中產(chǎn)生移動(dòng)。提升支撐架落于室外地面時(shí),在地面上鋪設(shè)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(duì)網(wǎng)架分塊采用四點(diǎn)吊法進(jìn)行吊裝,其中1根鋼絲繩直接與結(jié)構(gòu)捆綁,其余鋼絲繩均設(shè)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(gè)吊點(diǎn),每個(gè)吊點(diǎn)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(qiáng)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(chǎng)吊裝需要[11]。

3.4.4關(guān)鍵技術(shù)措施

由表5可知,單點(diǎn)最大提升點(diǎn)反力約為335.3kN,擬選用額定承載力為750kN液壓提升器,設(shè)計(jì)安全系數(shù)≥1.3。提升器計(jì)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(diǎn)與提升支撐架布置如圖13所示。

圖13 提升點(diǎn)與提升架布置平面

表5 提升點(diǎn)反力及提升器選擇

開(kāi)始試提升時(shí),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(jié)構(gòu)提升過(guò)程的平穩(wěn)、安全,根據(jù)結(jié)構(gòu)特性,擬采用吊點(diǎn)油壓均衡、結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)標(biāo)高約200mm時(shí),暫停提升;各吊點(diǎn)微調(diào)使結(jié)構(gòu)精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)位置;液壓提升系統(tǒng)設(shè)備暫停工作,保持提升單元空中姿態(tài),安裝后補(bǔ)桿件,使提升單元結(jié)構(gòu)形成整體穩(wěn)定受力體系。液壓提升系統(tǒng)設(shè)備同步減壓,至鋼絞線完全松弛;拆除液壓提升系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)臨時(shí)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(shí),充分利用原結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)作為提升點(diǎn),在原有結(jié)構(gòu)柱上設(shè)置提升器。待屋蓋鋼結(jié)構(gòu)提升至設(shè)計(jì)位置后,安裝提升點(diǎn)與支座之間桿件,結(jié)構(gòu)自重由提升器承擔(dān)逐步轉(zhuǎn)換成由支座承擔(dān)。提升點(diǎn)至支座之間的補(bǔ)桿長(zhǎng)度較短,線剛度較大,當(dāng)提升設(shè)備卸載時(shí),提升點(diǎn)處結(jié)構(gòu)豎向變形幾乎為0,提升點(diǎn)反力通過(guò)剛度較大補(bǔ)桿傳遞至支座,因此,提升點(diǎn)卸載只影響支座附近桿件,對(duì)其他結(jié)構(gòu)桿件的影響很小。

此外,卸載過(guò)程中以理論計(jì)算為依據(jù),以變形控制為核心,以測(cè)量控制為手段。一方面,卸載時(shí)相鄰提升點(diǎn)受力不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大變化,避免提升出現(xiàn)過(guò)大變形、位移或破壞,保證結(jié)構(gòu)體系桿件應(yīng)力不超過(guò)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的允許應(yīng)力;另一方面,也避免了結(jié)構(gòu)體系桿件內(nèi)力過(guò)大導(dǎo)致出現(xiàn)塑性變形或影響結(jié)構(gòu)安全、使用、觀感的變形和位移進(jìn)而引起的破壞,從而確保結(jié)構(gòu)體系受力轉(zhuǎn)換可靠、穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程?hào)|航站樓(T5)項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)屋蓋網(wǎng)架北連接體提升施工進(jìn)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(chǎng)拼裝方案、地面拼裝分塊劃分及吊裝方案、提升專項(xiàng)方案及關(guān)鍵技術(shù)措施等進(jìn)行介紹。結(jié)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(jìn)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(shè)腳手架平臺(tái),NL-2區(qū)在7.300m樓面上由中間向兩側(cè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝,下部搭設(shè)管撐,NL-3區(qū)共分8個(gè)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(jìn)行對(duì)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(jìn)行對(duì)接,然后進(jìn)行整體提升,地面拼裝分塊劃分為8個(gè)單元拼裝,最大分塊面積260m2,重12.6t,80t汽車式起重機(jī)14m作業(yè)半徑、31.39m主臂長(zhǎng)度額定吊重16t>12.6t, 滿足要求。

4)支撐架應(yīng)具有足夠剛度、高度不宜過(guò)大、初始幾何位置準(zhǔn)確,支點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在桁架、梁交叉節(jié)點(diǎn)位置,避免出現(xiàn)次彎矩、減少臨時(shí)支撐對(duì)已施工結(jié)構(gòu)的影響,同時(shí)應(yīng)考慮臨時(shí)支撐在豎向荷載作用下的壓縮變形,塔架結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠安全度。

5)提升支撐架單點(diǎn)最大提升點(diǎn)反力約為335.3kN, 選用額定承載力為750kN液壓提升器,提升器計(jì)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(jié)構(gòu)提升過(guò)程的平穩(wěn)、安全,根據(jù)結(jié)構(gòu)特性,采用吊點(diǎn)油壓均衡,結(jié)構(gòu)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(diǎn)至支座之間的補(bǔ)桿長(zhǎng)度較短,線剛度較大,當(dāng)提升設(shè)備卸載時(shí),提升點(diǎn)處結(jié)構(gòu)豎向變形幾乎為0,提升點(diǎn)反力通過(guò)剛度較大補(bǔ)桿傳遞至支座,提升點(diǎn)卸載只影響支座附近桿件,對(duì)其他結(jié)構(gòu)桿件幾乎不產(chǎn)生影響。