盐城南洋机场T2航站楼屋盖钢结构安装施工技术

2018-09-06余少乐颜峻生张学伟陈新喜张其林

建筑施工 2018年5期

余少乐郭春吴量颜峻生张学伟陈新喜张其林

1. 中国建筑第八工程局有限公司上海 200120；2. 同济大学土木工程学院上海 200092

1 项目概况

1.1 工程建设概况

江苏省盐城南洋机场T2航站楼及配套工程，建筑总面积49 000 m2，包括T2航站楼、地下车库、站前高架。T2航站楼高27 m，东西长183.6 m、南北宽75.6 m，地上2层、局部地下1层，一层柱距18 m×18 m，二层柱距36 m×36 m。车库地下1层，东西长168.0 m、南北宽155.2 m，高度5.0 m，柱距9 m×18 m；站前高架共9联，总长401.492 m。钢构件主要分布在T2航站楼。钢结构主要由屋盖钢结构、外露单层网壳、锥形钢管柱、3层钢框架钢结构、钢雨棚和检修马道等组成，钢构件主要材质为Q345B、Q390B和Q390C。屋盖钢结构是不规则的曲面造型，跨度较大，是工程施工的重点和难点。

1.2 屋盖钢结构

屋盖钢结构由纵向桁架、横向桁架、天窗及封边梁结构等组成，构件截面形式主要有φ127 mm×5 mm、φ273 mm×16 mm、□500 mm×300 mm×8 mm×10 mm等，主要材质为Q345B。

整个屋盖由18根钢管混凝土柱支承，通过柱顶的成品铰支座与钢柱相连。屋盖桁架主要由圆管组成，通过相贯焊连接。桁架间通过圆管支撑连接，屋盖分布有9个天窗结构（图1）。

图1 钢结构屋盖示意

2 施工难点和解决方案

盐城南洋机场T2航站楼钢结构屋盖施工的难点主要为屋面结构跨度大、屋面桁架的拼装难度高，具体表现在以下方面[1-4]：

1）T2航站楼屋面桁架最大跨度36 m，最高处为27 m（钢结构中心线标高）。空间跨度大，高度高。杆件在空间上分布广，变化大。

2）屋面桁架下的柱距为36 m×36 m，考虑运输、安装等因素，桁架在工厂分段为18 m左右，现场需要2节组拼成整体后吊装。

针对屋面结构跨度大的问题，根据结构特点对其主桁架进行分段分节，搭设胎架支撑，并合理选用吊装设备，在确保屋面施工质量和安全的情况下完成安装；针对屋面桁架拼装难度高的问题，在现场设置卧式支撑胎架，采用H型钢焊接成倒T形支撑胎架，将桁架按照设计要求进行组拼。

3 施工方案

参考目前国内机场钢结构屋面的安装方案，并结合本工程特点，屋面钢结构安装遵循分区、分步的原则，即桁架及悬挑桁架分段吊装，天窗分片吊装，其余部分高空散装。根据屋面桁架结构，结合施工流水线的划分情况，整个屋面结构分为1区、2区、3区（图2）。

图2 屋面钢结构分区示意

3.1 屋面桁架的分段

本工程屋面桁架长度方向216 m，宽度方向108 m，柱距36 m×36 m。考虑运输、安装等因素，故桁架在工厂分段为18 m左右，现场根据安装方案进行组拼对接后吊装。为了便于安排施工组织，将屋面桁架按纵横2个方向进行划分编号（图3），其中横向主桁架编号为ZHJ-1、ZHJ-2、ZHJ-3，纵向主桁架编号为ZHJ-4、ZHJ-5、ZHJ-6（左右对称）。

图3 纵横桁架分段示意

因纵向主桁架的下弦杆比横向主桁架的下弦杆管径大，而纵向主桁架的上弦杆比横向主桁架的上弦杆管径小，故纵向主桁架为贯通桁架，桁架分段点必须过钢柱支座，并在与横向主桁架相交节点处设置短牛腿；横向主桁架为分段桁架。

主桁架在深化设计、制作时将各分段的临时连接耳板等直接设置在各分段上，以便于现场吊装、定位拼装。临时连接耳板要有足够的安全系数，保证具有桁架本身的强度。吊装桁架分段同已安装分段高空拼装连接时，可直接通过临时耳板、安装螺栓定位并固定，以缩短吊装时间，提高安装效率（图4）。

图4 临时连接耳板示意

3.2 屋面桁架安装格构柱设置

根据主桁架安装要求，航站楼屋面主桁架结构吊装均需设置临时支撑架，以便桁架分段就位。按承受相应的桁架质量进行计算，确定临时支撑采用格构柱支撑体系。本工程格构柱支撑体系由竖向格构柱、水平向连接支撑及缆风绳组成，通过在混凝土结构上设置预埋件使其与混凝土结构连接牢固，从而形成稳定的支撑体系。通过考虑吊车的吊装能力及屋面桁架的受力情况来确定主桁架的分段点，从而确定格构柱的平面位置（图5）。

图5 格构柱平面布置

格构柱主要布置在屋面桁架悬挑部分、封边梁及外露部分，屋面悬挑长度≥12 m的桁架要设置格构柱，其位于悬挑长度的2/3处且位于桁架立杆下，以防由于结构受力导致桁架变形[5-8]。

根据格构柱的布置位置，在格构柱所布位置处铺设钢板，钢板用自攻螺丝固定在混凝土地面上。为进一步加强支撑体系的强度，同时考虑盐城地区高频率的大风荷载，格构柱在有水平支撑的情况下，辅以缆风绳，以加强支撑体系的侧向稳定性。每根格构柱拉设4根缆风绳，缆风绳通过预埋件拉结在混凝土结构上。

3.3 屋面钢结构预拼装及地面组装

3.3.1 屋面钢结构预拼装

本工程钢结构为不规则的曲线形式，制作要求高，出厂前需进行预拼装工作。预拼装胎架利用工字钢焊接而成，设计时考虑胎架的可重复利用性及胎架移动的便易性，预拼装胎架采用与工厂节点组装相类似的胎架。预拼装的主要目的是检验制作的精度，以便及时调整、消除误差，从而确保构件在现场的顺利吊装，减少现场特别是高空安装过程中对构件的安装调整时间，有力保障工程的顺利实施。

通过对构件的预拼装，及时掌握构件的制作装配精度，对某些超标项目进行调整，并分析产生原因，在以后的加工过程中及时加以控制。确定预拼装准确无误后，对每个预拼装接头处作好安装标记，然后再在圆管上焊接安装耳板。

3.3.2 屋面钢结构现场组装

屋面钢结构现场拼装在胎架上进行，采取多段地面连续卧拼的方式。拼装前对地面进行找平（必要时破除），然后机械碾压，再浇筑厚10 cm的素混凝土层，保证场地达到钢结构拼装的平整度、强度和面积要求。根据安装的需要，本工程支撑胎架分为2种类型：拱桁架拼装胎架、天窗和屋面分片拼装胎架。

根据现场场地条件、吊装方案及桁架的截面形状和结构特点，同时为保证钢构件拼装、吊装精度，设置通长的拼装胎架。但为了避免胎架支柱与主拱节点相碰，胎架支柱统一偏移节点一定距离。

3.4 屋面钢结构的安装

整个屋面的安装顺序为先安装钢柱之间的纵、横向主桁架，再安装主桁架之间的次桁架，然后安装天窗部分，最后进行屋面散件补缺。

3.4.1 屋面钢结构安装流程

待锥形柱内混凝土浇筑、成品支座安装完成后，使用履带吊进行屋面上方桁架吊装。主桁架吊装时，吊装半径最大18 m，吊装高度约36 m，主桁架最大质量30 t，选用2台250 t履带吊进行屋面上方桁架吊装；悬挑桁架吊装时，吊装半径最大10 m，吊装高度约35 m，悬挑桁架最大质量10 t，采用130 t履带吊吊装。根据现场的施工条件及道路情况，先安装1区，从ZHJ-6向ZHJ-4方向安装；接着安装2区，最后安装3区。

3.4.2 主桁架缆风绳的设置

在主桁架安装时，因侧向无构件支撑，为确保其侧向刚度，在调整好精度后及时拉设缆风绳，36 m跨度桁架安装4道缆风绳。桁架就位后，两边2道缆风绳从桁架的上弦杆拉设，下端固定于与桁架相邻两侧的钢柱柱顶吊耳上，跨中2道缆风绳也从桁架上弦杆拉设，下端固定于F2层，固定必须牢固。待横向主桁架安装完成，与纵向主桁架形成稳定体系后方可拆除缆风绳，进行主桁架之间的次桁架及天窗的安装[9-10]。

3.4.3 屋面天窗安装

天窗形状类似菱形，单个质量约22 t，双层结构，下层为焊接箱型梁，上层为H型钢组成的类似菱形结构，上下两层通过天窗柱连接，焊接箱型梁整体分为4段，形似“7”字形（图6）。安装顺序：先进行下一层焊接箱型梁的安装，4段“7”字形焊接箱型梁运输至现场后，拼装成菱形，整体吊装，四角通过端板与次桁架钢管焊接连接；下层焊接箱型梁吊装完成后，上层H型钢单元与天窗柱在地面拼装，整体吊装。