波音飞机定制厂房工程关键施工技术研究

邹海涛

中铁六局集团有限公司 北京 102200

近几年随着我国大型基建工程加速推进，涌现出了一批大型工业厂房、飞机库、高铁站房、体育场馆等大型钢结构工程，本文通过对此类工程典型案例进行研究，从施工质量、安全、进度等方面总结了大型钢结构吊装工程关键施工技术要点。案例为波音737MAX飞机完工及交付中心定制厂房及配套设施工程。建设单位为舟山航空投资发展有限公司，运营公司为美国波音公司、中国商用飞机有限责任公司。工程建设地点为舟山市朱家尖航空产业园，占地面积约402667m2，总建筑面积60956m2。主要包括交付中心、完工中心、停机坪与滑行道场地、动力站及消防水泵站等，共10栋建筑单体，配套室外工程有园区、室外综合管廊及停车场。该工程包含大体积混凝土工程如架空停机坪、大跨度重型钢结构工程如双曲金属屋面等大型结构工程，配套有精密复杂的安装工程、综合管廊工程、超宽机库大门及美国波音标准的精装修工程。涉及的专业面较广，整体性要求高，深化设计复杂，需要各个施工专业高度协调。因此本文选用这一案例进行大型厂房类钢结构施工技术要点探究，具有很强的代表性。研究要点：（1）双曲造型钢结构交叉平面桁架施工技术。（2）倒锥面圆弧玻璃幕墙施工技术。

1 双曲造型钢结构交叉平面桁架施工技术

1.1 工程概况

本工程101号交付中心钢结构部分由三层钢框架结构以及顶部钢屋盖两大部分组成，整体为弧形造型，流线型设计，主体采用交叉桁架钢结构体系，屋面在既有桁架上部呈双曲面走向，外立面属于圆弧玻璃幕墙系统及铝板幕墙系统[1]。

1.2 工程特点

钢结构工程体量大，结构造型复杂，工期短，构件加工及安装的精确度要求较高，需要配合较高标准的空间定位测量技术。

屋盖采用交叉桁架结构体系，正交桁架弦杆截面支撑力较差，无法支撑整跨吊装。空间交叉桁架体系在没完全形成体系前，单跨受力的桁架难以满足设计应力应变的要求，需设置临时加固结构[2]。

本工程钢结构施工高处作业较多，吊装工序复杂，吊装机械要求较高，安全隐患较多，安全问题是重中之重。

1.3 钢结构吊装概述

钢框架部分主要采用50t汽车吊在首层地坪进行吊装，屋盖部分主要采用100t履带吊在屋盖两侧进行吊装，局部构件和侧向支撑等次结构采用塔吊进行吊装。钢结构安装顺序总体由北向南推进。先进行框架结构的安装，再进行屋盖钢结构的安装。双曲桁架有部分悬挑、弯弧半径大，给安装工程中的空间定位工作、安装精确度的控制工作带来很大挑战。需合理选用吊装机械，周密部署吊装方案，通过分段施工、分段复核、全站仪全程检测的方法保证安装质量。

1.4 钢屋盖分段吊装组织

整体框架结构采用两台50t汽车吊由北向南同步进行梁、柱的吊装作业，楼面压型钢板采用塔吊进行吊装。最北侧屋盖结构部分（15轴以北）位于102-4上方屋盖部分采用50t汽车吊进行分段安装。该部位为交叉平面桁架结构体系，深化设计阶段，根据桁架的的主次关系进行合理的分段，对于在楼层梁上设置临时支撑的，则在钢梁上设置转换平台，在支撑下部设置“田”字形型钢梁进行荷载传递[3]。

1～15轴之间（101与102连接通道位置），结构体系以四边形桁架为主，东西向桁架落在柱子上为一级主桁架，桁架长度达到45m左右，分两段进行吊装；一级主桁架之间为四边形二级主桁架，跨度约31m，桁架地面拼装，采用100t履带吊整段吊装。二级主桁架之间次桁架、边梁等次结构按照自然分段，采用汽车吊进行吊装。

1～22轴之间，结构形式为交叉平面桁架体系，桁架之间采用水平斜撑。桁架根据主次关系进行自然分段，其中桁架采用100t履带吊站在两侧分两段进行吊装，次结构采用汽车吊进行吊装。

桁架的分区示意见图1所示。

图1 11～15、1～8轴桁架分段示意图

1.5 钢桁架吊装安装临时支撑措施

本工程临时支撑主要用于双曲分片桁架的支撑。双曲桁架吊装稳定性难以控制，临时支撑的设置使得分段吊装从安装精度、高差控制、安全防护方面得到了整体的改善，吊装精度及稳定性得到了大大的提高。本工程所使用支撑架高度4～18m不等。临时支撑采用格构式支撑架，支撑架截面尺寸1.5m*1.5m，立杆采用B120*5的方管，腹杆采用B60*4的方管，顶部转换钢梁采用H型钢，规格为H300*200*8*12，方管材质为Q235B，H型钢材质为Q345B。双曲桁架间跨度及高度高低起伏无规律变化，特别是立面属于双曲线因此临时支撑设置时要随着结构变化而变化[4]。

支撑架下部采用混凝土基础，在压实的地基土上浇筑厚度不小于200mm的混凝土基础，混凝土基础平面尺寸在支撑架轮廓尺寸的基础上每边至少外扩0.5m，举例说明：1.5m×1.5m的支撑架，混凝土基础平面尺寸不应小于2.5m×2.5m；选用C30以上等级的混凝土，直径14mm以上的三级钢，配筋为间距150mm的双层双向布置方式。

混凝土基础内埋埋件，埋件板尺寸400mm×400mm，厚度16mm，锚筋采用20mm的螺纹钢，长度180mm；埋板上面做300mm×300mm×16mm的过渡板，过渡板上塞焊螺栓与支撑架立柱连接，过渡板与埋板采用焊脚高度12mm的角焊缝围焊一圈。

1.6 平面桁架平面外的稳定性技术保证措施

为保证桁架在安装过程中的稳定性，在桁架跨中下部设置支撑架以减小桁架的支承跨度，桁架外侧角部位置设置水平支撑与钢柱或桁架连接加固；一级主桁架安装完成后立即进行二级主桁架安装。

第一榀平面桁架安装时，为保证其平面外的稳定，采用刚柔结合的支撑方式进行临时固定。桁架吊装就位后，吊机先不松钩，将桁架与钢柱或支撑架用临时卡板连接牢靠；桁架下弦位置采用圆管作为刚性支撑与相邻楼屋面钢梁连接形成一个稳定体系；此外在桁架上弦两侧各拉设二道缆风绳。通过上述二种方式来保证桁架的平面外稳定。待第二榀桁架就位后，利用相邻两榀桁架的侧向杆件形成稳定结构。

本工程桁架跨中设有支撑架，待同一榀桁架两个分段焊接完毕形成强度后即可拆除支撑架。支撑架拆除采用火焰切割法，分层切割支撑架顶部型钢，待桁架与支撑架脱开后，利用吊机将支撑架抽出吊离。

2 倒锥面圆弧玻璃幕墙施工技术

2.1 工程概况

101交付中心单体建筑面积14520m2，建筑高度17.1m，建筑层数3层，单体东立面有1处倒锥面圆弧玻璃幕墙，倒锥幕墙向外倾斜107°，平面最大弧形半径18.5m，两侧过渡为双曲面玻璃，整体为框架隔热型玻璃幕墙，详见图2所示。

图2 外挑幕墙平面图

2.2 施工工艺

前期准备→测量放线→安装转接件→安装钢立柱→安装次龙骨→安装防火隔断→隐蔽验收→安装背衬板→龙骨验收→安装玻璃→安装扣盖→主体验收。

2.3 施工要点

2.3.1 施工准备

首先进行电脑建模型,提取龙骨立柱3D模型信息。

通过三维模型，只留下立柱结构，生成CAD版图纸，图纸均为1:1建模。

在CAD上生成图纸后，进行正视图，确定好标高，选取两个水平切剖面，倒锥标高5.23m和14.08m两个水平切剖面，标高的选择是连接件下口的标高，便于施工。只留下立柱的横断面，俯视CAD图。

2.3.2 放线定位

在CAD图纸中分析倒置圆锥形状特点，发现除两侧的圆弧部分外，倒置圆锥各截面圆弧圆心皆在同一中心线上，测量定位过程中可利用同心圆曲线特点进行测量定位。

各倒锥龙骨边线的定位：①把切剖面的标高在钢结构柱上进行标记。②通过轴线位置及角度确定龙骨边线，延长12号轴线、16号轴线至外网控制线，延长要测量的龙骨截面边线至12号轴线的外延伸线，并标记交点位置P，于CAD图纸确定此交点至外控制网线的直线距离N，计算出两条线之间的夹角R，将经纬仪架在两线交点，转R度角定位龙骨边线。③标记临时固定点，将角钢水平焊接于提前标记好的标高位置，角钢边线与测量出的龙骨边线重合。④按照同样的方法逐一定位龙骨边线位置，为提高测量定位工作效率，龙骨边线可间隔测量，利用两侧龙骨边线及标高位置确定中间龙骨边线位置。但两侧的双曲幕墙与倒锥形曲面不是同心圆，需逐一测定龙骨边线。

2.3.3 转接件安装

复核：复核初步固定的转接件位置，通过进一步测量定位确保每个转接件的进深误差在2mm内，垂直及水平误差在1mm内方可进行下步工序。

加固：确定各个转接件位置在误差允许范围内后进行正式的转接件加焊。

防腐防锈处理：防腐防锈处理是保证钢结构施工质量的重要工作，在施工过程中要将被破坏的构件防腐面层及时进行清理、刷漆处理。

2.3.4 立柱的安装

检查：立柱的分格线、进出位线。

300*100*8mm钢立柱转接件处进行打孔，2个φ1mm的孔洞，穿2-M20不锈钢螺栓与转接件栓接固定，立柱为上下通长钢龙骨，转接件与主体钢结构梁焊接固定。铝型材半立柱通过机制螺丝固定在钢立柱上，机制螺丝间距不得大于300mm。

2.3.5 铝型材横梁安装

标记：检查铝型材横梁的标高，检查无误后将标高信息在已安装完成的立柱上标注备用。

安装：先在已标记好标高位置的立柱上使用3-M20不锈钢螺钉连接铝角码，再用沉头螺钉连接横梁。

2.3.6 防火隔断和背衬板安装

幕墙分格结构与主体结构连接施工时要配合防火隔离带的施工工作，结构部分用自攻钉连接铁皮及铝型横梁、射钉连接铁皮与混凝土楼板。铁皮与铝型材横梁缝隙填充胶皮处理，其余缝隙部分作为防火隔离带处理，主要用防火岩棉进行填充（防火岩棉材料密度在120 kg/m3以上，厚度在100mm以上，确保使用高性能防火材料），用1.5mm厚镀锌钢板进行承托，用背衬铝单板进行外部封堵。

2.3.7 玻璃安装

吊装：所吊装玻璃属热弯弧形玻璃，最大规格重约0.565t，长2.414m，宽3.12m。根据这一规格制定吊装方案为：25t汽车吊用专用扎带吊装至玻璃安装位置，再用3t的手拉葫芦配合吊装进行最后的定位调整。

检查复核：玻璃安装顺序为先下后上再调整，即先对接下部型材卡槽，再连接上部型材卡槽，安装完成后进行统一复核调整，测量调整确保横梁水平度、立柱垂直度在误差范围内，再检查各块玻璃是否在同一弧面，检查平整度。

固定：位置调整复核完成后，用不锈钢螺栓将压块固定在龙骨上。

安装：玻璃从下至上安装。

2.3.8 吊装注意事项

玻璃吊装时必须配备丙纶扁丝绷带，且用软质材料保护边角部位。圆锥玻璃使用汽车吊吊装时，必须配备防坠器。汽吊吊装玻璃过程中，吊装下5m范围设置安全警戒线，并有专人看护。

2.3.9 质量和安全保证措施

严格检测进入施工现场的材料质量；检查铝合金型材平面间隙、曲面间隙、扭拧度；复核玻璃的表面质量及尺寸精度。

3 总结

通过对以上施工技术的分析研究，主要得出以下结论：

大型钢结构吊装工程结构各有不同，要根据实际建筑体量及结构特点选用吊装方案，确定安装精度标准。对于复杂钢结构工程，可分单元组织吊装施工，如空间双曲交叉桁架，要采用合理的支撑方式来保证双曲桁架安装稳定性，在保证吊装安全及双曲造型安装精度的前提下合理采用吊机进行高质量的钢结构安装，有效利用高精度测量仪器保证大跨度的空间桁架的安装精度，通过临时支撑的设置，建立刚柔并进的结构体系。

现代建筑对特殊使用功能要求和大气美观效果要求越来越高，精品工程层出不穷，将有更多大型幕墙设计方案。该施工技术总结对后续施工类似工程增添了实践经验积累，从工程实践当中也发现些许问题，在细节上需要继续从实践中得到更好解决。