上海虹桥国际机场T1航站楼改造工程中的大跨度钢结构屋盖施工

周 锋 魏 蔚 吴玲怡 陈佳伟

1. 上海市机械施工集团有限公司 上海 200072；2. 上海机场（集团）有限公司 上海 200335

1 工程概况

随着我国经济的快速发展，收入水平的提高，人们长途商务、旅游出行不断增多，对机场、车站等公共交通建筑的容量及功能设施提出了新的要求。除了新建以外，对既有的公共交通建筑进行改造、提升，以满足新时期发展的要求也逐渐成为一个趋势。

上海虹桥国际机场T1航站楼由于建设年代久远，设施设备比较陈旧，规划建设的标准较低，与2010年新建的T2航站楼发展不匹配，因而，自2015年开始对T1航站楼进行综合改造工作。

T1航站楼由紧密相连的A楼、B楼组成，面积达82 000 m2。按照T1航站楼不停航改造的总体思路，对航站楼A楼、B楼分阶段进行改造。

1.1 结构改造概况

虹桥机场T1航站楼A楼邻近楼前高架的A段（图1）原为1994年建成的1栋2层（局部3层）混凝土框架结构，平面尺寸32 m×147 m，典型柱距11.25 m×7.60 m。1层为到达层，2层为出发层。原大屋盖为预应力混凝土梁和混凝土梁板结构（图2）。

为提升航站楼的服务能级，对结构进行改造，2层结构及局部3层办公用房保留，拆除出发大厅混凝土屋盖和2层以上部分混凝土柱，新建出发大厅幕墙和屋面钢结构，与雨篷进行一体化设计（图3）。

图2 虹桥机场T1航站楼A楼改造前剖面

图3 虹桥机场T1航站楼A楼出发大厅改造后剖面

新建钢结构主要架立在原有结构的2层柱顶和3层办公小屋面上。出发大厅2层保留的楼面结构采用碳纤维和粘钢对楼板和梁进行了加固。

新建的屋盖和立面幕墙钢结构为大跨度空间体系结构。由标准单元（图4）和单元间连系杆件组成。标准单元包括两端铰接的钢立柱、外立面的平面框架、钢管支撑和箱形钢梁，部分节点为铸钢件。钢屋盖跨度24 m，高度为18.64 m。屋盖和幕墙钢结构架立在新建劲性混凝土立柱和既有3层混凝土屋面上。

图4 出发大厅空间钢结构标准单元三维示意

1.2 建筑改造概况

出发大厅新建钢结构屋面采用了单层防水卷材屋面形式，在靠近外立面的位置设置了玻璃天窗。立面幕墙为造型铝板和玻璃幕墙相间的形式。雨篷大部分为铝板幕墙，靠近外立面的位置为玻璃天窗。

2 钢结构屋盖的安装

2.1 安装流程

T1航站楼新建出发大厅幕墙和屋面钢结构与雨篷是一体化设计。对于这样一个大量采用两端销轴连接的钢构件，同时外立面和屋面是一个整体的大跨度空间钢结构，构件安装的空间关联性很高，同时对构件加工精度要求很高。整个出发大厅结构安装分为3个阶段[1-2]：

2）安装幕墙和屋面钢结构。首先安装固定在劲性混凝土柱上的两端铰接钢立柱，下铰接点应进行临时固定，并采用缆风绳以提高稳定性。然后安装外立面的幕墙钢结构部分，该部分通过钢管支撑与钢立柱相连，施工中用φ609 mm钢管作临时支撑。最后安装屋面钢结构部分，屋面钢梁下也采用钢管临时支撑（图5）。待2个标准单元形成并横向连接成整体后，即可拆除钢管临时支撑及铰接点临时限位，完成卸载。

图5 出发大厅空间钢结构施工过程示意

3）安装雨篷钢结构。雨篷钢结构与立面幕墙钢结构及劲性混凝土柱相连，待幕墙和屋面钢结构形成并卸载后安装。整个钢结构体系形成后，移交给专业单位进行结构复测及幕墙屋面的安装。

2.2 施工设备

施工中采用了1台安装在出发大厅2层结构上的STT293行走式塔吊进行屋盖钢结构安装，1台停在楼前高架上的50 t汽车吊作为辅机并完成后继雨篷钢结构的安装。轨道布置在轴主梁上，轨距7.6 m。塔吊安装拆除均使用1台120 t汽车吊进行，汽车吊停在航站楼楼前高架上。当塔吊进行定点吊装时，最大轮压为758.7 kN；当塔吊行走时，最大轮压为547.4 kN。

经计算复核，750 mm×300 mm主梁承载能力无法满足塔吊荷载，因此拟在2层楼面柱头加设转换钢梁。塔吊轨道布置在位于轴的转换钢梁上，钢梁截面尺寸为箱形980 mm×800 mm×20 mm×40 mm。钢梁搁置在与柱头后置埋件相连的钢支座上，另在钢梁两侧设置侧向支撑以保障钢梁稳定（图6）。通过采用该措施，混凝土柱把钢梁传递来的荷载直接传递到桩基上，混凝土梁不承受塔吊荷载，也就不用加固。

图6 塔吊吊装布置

3 施工模拟

空间钢结构在施工前通常需要进行施工模拟，通过分析了解结构在施工过程中的应力和变形状态，主要包括以下几个方面[3-5]：

1）空间钢结构施工过程中的受力状态完全不同于使用阶段，有时施工阶段的结构应力会大于使用阶段的。这时要通过施工方案的优化来防止施工阶段的应力超出允许范围，即使未超出允许范围也要避免应力累积到使用阶段，降低结构的安全度。

2）空间钢结构在施工过程中往往会采用钢管支撑、拉索等临时措施，通过施工过程分析也可以了解这些临时结构的安全性。

3）空间钢结构施工时，临时措施的移除也就是卸载会伴随着结构变形。这些变形的状态和施工过程密切相关，与设计过程中的一次加载产生的变形会有很大的不同。通过施工分析可以采取相应的预变形手段，保证成型结构的外形。

为此，我们建立了钢结构屋盖体系施工MIDAS模型（图7）。模型不仅包括了转角以及标准单元等主要部分，也包括了临时支撑。屋面和幕墙等非结构部分以荷载形式在模型中体现。施工模拟的分析步骤和实际施工步骤一致。

施工分析显示，外立面屋架下临时支撑最大轴力为160 kN，通过路基箱的扩散，楼面结构满足荷载要求。雨篷钢结构悬挑约为9.8 m，雨篷的竖向变形（图8）在西侧靠近变形缝位置较大，为122 mm（设计预起拱110 mm），转角处计算变形为93 mm（设计预起拱90 mm）。这些设计预变形在深化及加工制作时候就已考虑。

图7 屋盖钢结构施工计算模型（局部）

图8 雨篷钢结构变形示意（局部）

计算屋脊最大竖向变形为33 mm，幕墙柱顶端最大水平变形为22 mm。这些变形在设计施工图中并未要求，在施工过程进行了预变形处理。

4 结语

上海虹桥国际机场T1航站楼改造工程是在既有结构的基础上进行改建，其出发大厅原混凝土屋面拆除，新建了大跨度钢结构屋面。该屋面钢结构与外立面幕墙和雨篷钢结构进行一体化设计。

针对这种新颖的结构形式，并结合既有2层楼面结构特点，合理地布置了机械设备及临时支撑，保证了结构的安装。同时通过结构分析，掌握了结构变形特点，合理地设置了结构预变形，保证了结构成型后的外形，为后继幕墙和屋面施工创造了条件。该改造项目的实施可以为将来类似项目提供参考。