高承载力高周转钢构施工临时支撑体系在施工项目中的应用

刘祥 周云平 颜佳星

1.背景介绍

临时支撑结构是钢结构安装施工过程中，在上部结构未形成整体结构时，给予上部结构支撑的临时结构[1]。目前在大跨度空间钢结构安装施工过程中，应用最为广泛的是高承载力钢结构临时支撑体系，高承载力钢结构临时支撑体系可以广泛应用于各种大型公共建筑领域，适用项目类型丰富，对于复杂建筑形态及复杂场地情况的应用具有优势。

高承载力临时支撑体系表现出了优越的性能，但是高承载力临时支撑普遍难以高周转使用。为此我们设计了一种高承载力、可周转使用的钢结构施工临时支撑。在实际工程应用过程中，针对质量较重构件，它不但承载力高，而且所有构件均可拆卸循环使用，使用方便，满足高承载力高周转要求（图1、图2）。

图1 支撑平面效果图

图2 支撑立面效果图

下面以高承载力高周转钢构施工临时支撑体系在桂林两江国际机场T2 航站楼施工项目中的应用为例来进行简单的介绍。

2.工程概况

桂林两江国际机场T2 航站楼及站坪配套设施扩建工程航站楼主体工程地上3层，局部地下1 层，建筑高度39.80m。航站楼采用“两层式”旅客流程，出发、到达旅客上下分层，出发层在上，到达层在下。T2 航站楼呈“U”字构型，主楼中间港湾南北向宽度为294m，东西向深度为198m，建筑总面积约100000m2（图3）。

图3 项目效果图

本工程主体结构采用钢筋混凝土框架结构。屋顶均采用钢结构，主楼中心区屋顶为双向双曲拱壳结构体系，钢结构是由中心区屋盖钢结构、指廊区屋盖钢结构、支撑拱钢结构、登机桥钢结构、钢连桥钢结构和钢浮岛钢结构六部分组成（图4）。总用钢量约11000t[2]。

图4 钢结构分布图

3.结构概况

中心区屋盖钢结构采用由横梁与环梁围成的矩形网格，环梁为矩形钢管，截面高度自中部的900mm 向两端的500mm 依次变化。横梁为圆形钢管，钢管最大直径351mm。单层壳体通过自拱身斜向伸出的与壳体环梁曲线近似相切的撑杆与支撑拱连接。中心区屋盖钢结构总重约4600t。屋盖壳体杆件之间的节点均为刚接。

本工程中，中心区支撑拱为空间曲线实腹钢结构拱，整个中心区由7 对相对朝向的弧形拱及端部两个平面拱组成，跨度分别为118m、75m、45m、39m。支撑拱横截面为梯形截面，截面高度自支座向跨中逐渐变小（图5）。

图5 中心区屋盖钢结构

4.钢结构重难点及应对措施

4.1 钢结构重难点

本工程空间支撑拱截面尺寸大，且是主要受力构件，支撑拱的安装方法、安装工艺及分段是本工程施工的重点。单层壳体屋盖投影面积大，受温度影响变形大，对接点多，对结构分段及安装精度要求高。

4.2 钢结构重难点应对措施

（1）综合考虑本工程的结构曲面不规则、现场环境复杂等各方面因素，经过多种施工方案模拟对比，决定采用高承载力高周转钢构施工临时支撑体系，大型履带吊分块吊装的方法进行安装。

（2）确定恰当的分块方式，根据吊柱能力及下部结构布置对各个分块位置进行确定，确保安装的精度。选择合理的安装顺序，确保分块间嵌补安装应力小于限定值，减少累积误差。

（3）根据分块方式，在各个分块位置设置施工临时支撑，对各个分块及支撑进行核算，确保安装的安全可靠。

（4）根据各个施工临时支撑的位置，确定施工临时支撑柱底是否落于主体混凝土框架柱或框架梁上，将结构计算的施工临时支撑柱底反力施加于主体结构模型上进行计算分析，对于受力结构不满足结构配筋要求处设置施工临时支撑底部转换胎架，通过底部转换胎架将施工临时支撑的竖向力穿至附近能够满足计算要求的主体混凝土框架柱或框架梁处。

最终确定本项目中心区屋盖钢结构施工临时支撑布置如图6 所示。

图6 中心区屋盖钢结构施工临时支撑布置示意

5.钢结构总体安装思路

5.1 中心区空间支撑拱结构安装

本工程中心区空间支撑拱结构依据中轴线镜像分布，每侧拱结构从中间向两边依次编号为G1-G8。安装顺序如下：（1）利用2 台150t 汽车吊和2 台100t汽车吊分块安装拱脚；（2）进行拱临时胎架位置的放线定位，完成临时胎架的搭设并复测各临时胎架上定位板的位置和标高；（3）进行空侧端和陆侧端用履带吊同时安装G1-G4 第一段拱；（4）安装G1-G4 剩余拱；（5）安装G5-G8 第一段拱；（6）安装G5-G8 剩余拱，拱安装完成如图7 所示。

图7 中心区空间支撑拱结构安装示意图

5.2 中心区屋盖单层壳体的安装

中心区屋盖为单层壳体，采用由横梁和环梁围成的矩形网格，大厅通过天窗桁架进行采光，环梁为矩形钢管，横梁为圆形钢管，环梁高度自中部的900mm 高向两端的500mm 高依次变化，横梁钢管直径分别为351mm、325mm、273mm 和245mm。屋盖中心区空侧和陆侧端最大距离为154.98m，南北两侧宽为375.05m。单层壳体通过拱斜撑与壳体环梁曲线近似相切的撑杆与支撑拱连接。屋盖壳体杆件均为刚接节点，与支撑拱连接的杆件均为刚接，拱拉杆两端为铰接。

根据屋盖网壳形式，在屋盖对称轴处设置合拢段，根据合拢段对屋面进行分区（图8）。屋盖的安装顺序采用从空陆两侧同时推进，在跨中进行小区域的合拢。为了保证履带吊安装时不与结构碰撞以及根据设计意图和满足结构受力变形要求，先安装两拱之间的屋盖，即A、C 区域，再安装B 区域屋盖，使其形成一个整体，增大屋盖整体刚度，紧接着安装E 区域，再安装D 区域，按照该顺序依次安装完成整个中心区屋盖。在施工过程中不相连的屋盖可以同步施工，如施工A、C 区域的同时可以施工E 区域[3-4]。

图8 屋盖分区示意

6.施工仿真模拟分析

6.1 中心区空间支撑拱结构安装施工模拟分析

该计算采用Midas 软件建模分析。荷载：施工安装时结构自身及安装操作人员重量。荷载组合：dead（变形、反力），1.35dead（应力）。约束：钢拱的柱脚均为刚接柱脚，临时支撑柱脚采用铰接柱脚，在Midas 中建立模型如图9 所示。结构最大应力为7.81MPa（图10），结构变形（图11）如下，结构最大变形为1.09mm。中心区空间支撑拱结构整体施工满足强度和刚度要求[5-6]。

图9 中心区空间支撑拱结构安装约束示意图

图10 中心区空间支撑拱结构安装应力图

图11 中心区空间支撑拱结构安装变形图

6.2 中心区屋盖单层壳体安装施工模拟分析

该计算采用Midas 软件建模分析。荷载：施工安装时结构自身及安装操作人员重量。荷载组合：dead（变形、反力），1.35dead（应力）。在Midas 中建立模型如图12 所示，结构最大应力为81.91MPa（图13），结构变形（图14）如下，结构最大变形为61.21mm。中心区屋盖单层壳体整体施工满足强度和刚度要求，实际施工图片如图15。

图12 中心区屋盖单层壳体安装约束示意图

图13 中心区屋盖单层壳体安装应力图

图14 中心区屋盖单层壳体安装变形图

图15 实际施工图

6.3 中间支撑承担风荷载整体施工验算模拟分析

计算同样采用Midas 软件建模分析。风荷载按0.2kN/m2考虑。荷载组合：dead（变形、反力），1.4wind（应力）。约束：钢拱的柱脚均为刚接柱脚，临时支撑柱脚采用铰接柱脚，在Midas中建立模型如图16 所示。结构最大应力为267.43MPa（图17），结构变形（图18）如下，结构最大变形为11.56mm。中间支撑承担风荷载整体施工验算满足强度和刚度要求[7]。

图16 中间支撑承担风荷载整体施工验算示意图

图17 中间支撑承担风荷载整体施工验算应力图

图18 中间支撑承担风荷载整体施工验算变形图

7.结束语

（1）本文结合桂林两江国际机场T2航站楼工程，详细阐述了高承载力高周转钢构施工临时支撑体系的施工工艺和施工技术；通过应用多方面施工分析方法，对该工程进行施工模拟计算，得出了施工可行的理论依据，取得了较好的实施效果。桂林两江国际机场T2 航站楼的顺利施工，标志着在攻克不规则、大跨度、高难度结构的道路上又踏出了坚实的一步，为类似工程提供参考。

（2）本工程的实践表明，高承载力高周转钢构施工临时支撑体系技术的推广解决了临时支撑的使用难题，临时支撑可回收循环使用，极大提高了施工效率，节省了资源，提高了施工安全保障，具有很好的经济效益。