孫繼文 王彥芳 柴曉林 翁建軍

寧波市建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江 寧波 315000

1 工程概況

寧波櫟社國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程——T2航站樓位于航站區(qū)核心區(qū)，現(xiàn)狀1號(hào)航站樓西側(cè)，與1號(hào)航站樓之間以連廊相連。T2航站樓總建筑面積約為112 410 m2，局部地下1層，地上3層。主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架，屋頂為空間曲面大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系。

T2航站樓造型新穎、設(shè)計(jì)獨(dú)特，屋蓋以一種獨(dú)特的曲面形式及透明的光滑建筑立面為主要設(shè)計(jì)思路，整個(gè)平面呈心形。航站樓鋼結(jié)構(gòu)分為東、西指廊鋼結(jié)構(gòu)和主樓鋼結(jié)構(gòu)兩部分。整體鋼結(jié)構(gòu)平面投影尺寸為772.7 m×153.9 m?？傆娩摿考s22 990 t。

主樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)主要由管桁架、螺栓球網(wǎng)架、型鋼天窗、懸挑實(shí)腹鋼梁及水平支撐組成，鋼柱與鋼柱之間最大跨度達(dá)54 m，面積約為23 000 m2，屋蓋總質(zhì)量約3 860 t（圖1）。

圖1 T2航站樓站項(xiàng)目效果圖

2 技術(shù)難點(diǎn)

寧波地區(qū)全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅毕?，歷年瞬時(shí)最大風(fēng)速＞40.0 m/s。屋蓋結(jié)構(gòu)在提升過(guò)程中受風(fēng)力影響較大，且整個(gè)屋蓋提升區(qū)采用分塊累積提升，結(jié)構(gòu)在開(kāi)始提升瞬間會(huì)有個(gè)自平衡過(guò)程，瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向力，同時(shí)在提升過(guò)程中受其他因素的影響會(huì)產(chǎn)生不同步性等問(wèn)題。因此保證屋蓋結(jié)構(gòu)提升的同步和穩(wěn)定性是工程的難點(diǎn)。

本工程屋蓋采用曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括桁架、網(wǎng)架等，屋蓋桁架、網(wǎng)架均在樓面拼裝，然后累積提升到位。根據(jù)寧波氣候環(huán)境季節(jié)性溫度變化大、晝夜溫差大的特點(diǎn)。焊接應(yīng)力、屋蓋提升過(guò)程中的監(jiān)測(cè)是本工程的難點(diǎn)。

3 施工方案選擇

目前大型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋施工方法有高空散裝法、整體提升法等[1-8]。綜合考慮技術(shù)可行性、工期、經(jīng)濟(jì)性、施工場(chǎng)地要求及對(duì)土建結(jié)構(gòu)的影響等因素，本工程選用整體提升法，即鋼結(jié)構(gòu)提升單元在其投影面正下方3層樓面處拼裝為整體（圖2），同時(shí)利用主樓鋼柱設(shè)置提升平臺(tái)（上吊點(diǎn)），在鋼結(jié)構(gòu)提升單元上設(shè)置臨時(shí)提升桿，與上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置處安裝提升臨時(shí)吊具（下吊點(diǎn)），上、下吊點(diǎn)間通過(guò)專用底錨和專用鋼絞線連接。利用液壓同步提升系統(tǒng)將鋼結(jié)構(gòu)提升單元分4次累積提升至設(shè)計(jì)安裝標(biāo)高位置，并且與柱頂鑄鋼件支座桿件完成對(duì)接，形成設(shè)計(jì)狀態(tài)下的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

圖2 T2航站樓站主樓屋蓋吊裝（提升區(qū)）平面

4 主要施工技術(shù)

4.1 屋蓋拼裝技術(shù)

4.1.1 屋蓋提升區(qū)拼裝分區(qū)及施工順序

屋蓋提升區(qū)鋼結(jié)構(gòu)拼裝在主樓3層樓面上進(jìn)行，依據(jù)土建單位交付施工作業(yè)面的先后順序進(jìn)行分區(qū)拼裝施工，即以G軸為界，分為樓面拼裝一區(qū)和樓面拼裝二區(qū)（圖3）。首先拼裝樓面拼裝一區(qū)，待樓面拼裝二區(qū)工作面移交后，再進(jìn)行樓面拼裝二區(qū)的拼裝施工。為避免屋蓋拼裝時(shí)的累積誤差，2個(gè)拼裝分區(qū)的拼裝方向均由主樓中間向東西兩側(cè)進(jìn)行，拼裝完成后進(jìn)行累積提升施工。

圖3 屋蓋提升區(qū)樓面拼裝分區(qū)及施工方向

4.1.2 提升區(qū)樓面鋼結(jié)構(gòu)拼裝流程

提升區(qū)樓面鋼結(jié)構(gòu)拼裝流程如下：樓面拼裝一區(qū)內(nèi)9軸至13軸橫向倒三角桁架拼裝→9軸至13軸縱向倒三角桁架拼裝→9軸至13軸桁架間網(wǎng)架緊隨桁架拼裝→9 軸至13軸鋼結(jié)構(gòu)拼裝完成→樓面拼裝一區(qū)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)按照上述步驟，由9軸和13軸開(kāi)始向東西兩側(cè)拼裝施工，同時(shí)拼裝二區(qū)鋼結(jié)構(gòu)緊隨拼裝一區(qū)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝→拼裝一區(qū)以及拼裝二區(qū)繼續(xù)向前拼裝施工→提升區(qū)整體拼裝完成→探傷、二次補(bǔ)涂、焊縫檢查，準(zhǔn)備整體提升。

4.1.3 拼裝胎架的搭設(shè)

1）網(wǎng)架拼裝胎架。采用φ114 mm×4 mm鋼管作為胎架立柱，立柱間采用75 mm×6 mm角鋼進(jìn)行連接，胎架底部設(shè)置10 mm×600 mm×600 mm 鋼板，每個(gè)胎架底部均用角鋼焊接相連，胎架頂部加裝10 mm×300 mm×300 mm的頂板。

2）桁架拼裝胎架。因屋蓋倒三角桁架截面尺寸較大，故支撐胎架采用16#工字型鋼制作，其整體尺寸依據(jù)圖紙?jiān)趯?shí)際施工中采用全站儀定位確定，相鄰2組胎架間需要用角鋼臨時(shí)連接，保證整體的拼裝精度。

4.1.4 拼裝過(guò)程誤差控制

1）采用計(jì)算機(jī)分析誤差樣本的方法，在深化設(shè)計(jì)中考慮由此引起的誤差，分析屋蓋構(gòu)件的起拱值，給出不同部位的預(yù)起拱值，經(jīng)設(shè)計(jì)院確認(rèn)后在加工制作時(shí)預(yù)起拱，使屋蓋在提升過(guò)程中的下?lián)蠞M足規(guī)范要求。

2）根據(jù)溫度變化，計(jì)算出熱脹冷縮的位移偏差數(shù)值，在深化設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中給予考慮。

3）節(jié)點(diǎn)用激光全站儀進(jìn)行定位，每定位、拼裝完一榀后均進(jìn)行測(cè)量，安裝完一個(gè)節(jié)段后再測(cè)量，整個(gè)區(qū)段完成后最終進(jìn)行復(fù)核。

4）安裝過(guò)程中加強(qiáng)過(guò)程檢查驗(yàn)收，檢驗(yàn)員隨時(shí)檢查其桿件編號(hào)、損傷、幾何尺寸、撓度等。

4.2 屋蓋提升技術(shù)

本屋蓋提升區(qū)域?yàn)槲挥谥鳂?軸至18軸交C軸至J軸區(qū)域內(nèi)的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，共分6個(gè)提升區(qū)（圖4）。

圖4 主樓屋蓋提升分區(qū)示意

4.2.1 提升準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)6個(gè)提升單元在其安裝位置的投影面正下方+8.90 m的3層樓面上拼裝完成，在屋面結(jié)構(gòu)層利用鋼管柱設(shè)置50組提升上吊點(diǎn)，在提升單元桿件與上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置安裝提升下吊點(diǎn)臨時(shí)吊具，在提升上、下吊點(diǎn)之間安裝專用底錨和專用鋼絞線，安裝并調(diào)試液壓同步提升系統(tǒng)；張拉鋼絞線，使得所有鋼絞線均勻受力；確保鋼結(jié)構(gòu)提升單元以及液壓同步提升的所有臨時(shí)措施滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 屋蓋提升方法

整個(gè)提升區(qū)共分4次累積提升到柱頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。1）提升1區(qū)樓面拼裝完成后，首先進(jìn)行第1次提升。

2）待1區(qū)提升到相應(yīng)標(biāo)高后，與提升2區(qū)、3區(qū)區(qū)域內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接后進(jìn)行第2次提升。

3）上述提升區(qū)域提升到相應(yīng)標(biāo)高后，與提升4區(qū)、5 區(qū)區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接后進(jìn)行第3次提升。

4）上述提升區(qū)域提升到相應(yīng)標(biāo)高后，與提升6區(qū)區(qū)域內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接后進(jìn)行第4次提升施工，再將整個(gè)提升區(qū)提升至柱頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.2.3 提升施工步驟

1）完成提升臨時(shí)措施安裝，調(diào)試液壓提升系統(tǒng)，逐級(jí)加載提升約150 mm后，暫停提升，微調(diào)提升單元各個(gè)吊點(diǎn)的標(biāo)高，使其處于水平，并靜置4～12 h，試提升無(wú)任何異常后正式提升1區(qū)（圖5）。

圖5 提升步驟1

2）提升1區(qū)提升到距2、3區(qū)拼裝標(biāo)高約200 mm時(shí)，暫停提升，測(cè)量提升單元各點(diǎn)實(shí)際尺寸，與設(shè)計(jì)值核對(duì)并處理后，降低提升速度，繼續(xù)提升至2、3區(qū)拼裝位置，嵌補(bǔ)分區(qū)桿件后調(diào)試液壓提升系統(tǒng)，繼續(xù)提升（圖6）。

圖6 提升步驟2

3）1—3區(qū)提升到距4、5區(qū)拼裝標(biāo)高約200 mm時(shí)，暫停提升，測(cè)量提升單元各點(diǎn)實(shí)際尺寸，與設(shè)計(jì)值核對(duì)并處理后，降低提升速度，繼續(xù)提升至4、5區(qū)拼裝位置，嵌補(bǔ)分區(qū)桿件后調(diào)試液壓提升系統(tǒng)，繼續(xù)提升（圖7）。

圖7 提升步驟3

4）1—5區(qū)提升到距6區(qū)拼裝標(biāo)高約200 mm時(shí)，暫停提升，測(cè)量提升單元各點(diǎn)實(shí)際尺寸，與設(shè)計(jì)值核對(duì)并處理后，降低提升速度，繼續(xù)提升至6區(qū)拼裝位置，嵌補(bǔ)分區(qū)桿件后調(diào)試液壓提升系統(tǒng)，繼續(xù)提升（圖8）。

圖8 提升步驟4

5）整體提升至距設(shè)計(jì)標(biāo)高約200 mm時(shí)，暫停提升，測(cè)量提升單元各點(diǎn)實(shí)際尺寸，與設(shè)計(jì)值核對(duì)并處理后，降低提升速度，整體提升到位并嵌補(bǔ)后補(bǔ)桿件，最后完成卸載，本次鋼結(jié)構(gòu)提升作業(yè)完成（圖9）。

圖9 提升步驟5

4.2.4 提升吊點(diǎn)設(shè)置

本工程提升平臺(tái)依據(jù)提升點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式不同共分為6種類型，共50個(gè)吊點(diǎn)。提升平臺(tái)三維設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖10 提升平臺(tái)三維設(shè)計(jì)示意

4.2.5 后裝段設(shè)置

鋼柱柱頂為鋼鑄件，柱頂鑄鋼件在屋蓋樓面拼裝前采用16 t汽車吊吊裝到位并與鋼柱連接，需設(shè)置長(zhǎng)度約1.5 m的后裝段，后裝段在屋蓋整體提升到位后采用人工及手拉葫蘆吊裝到位并進(jìn)行桿件對(duì)接安裝，長(zhǎng)度在深化過(guò)程中進(jìn)行確定。

支座處后補(bǔ)桿件做后裝段，提升臨時(shí)桿件需貫在結(jié)構(gòu)桿上，待提升到位后嵌補(bǔ)相應(yīng)后裝段。

4.2.6 提升分區(qū)間接合縫的設(shè)置

本屋蓋通過(guò)4次累積提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高，分區(qū)間需設(shè)置結(jié)合縫，因提升過(guò)程中提升區(qū)邊緣接合縫處的桿件會(huì)產(chǎn)生水平位移，對(duì)接合縫處的桿件安裝造成一定的影響，故通過(guò)驗(yàn)算分析得出接合縫處桿件的水平位移，在深化設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)上述部位的桿件變形予以充分考慮，以此確定接合縫處桿件的長(zhǎng)度。

4.2.7 提升臨時(shí)措施的設(shè)置

提升臨時(shí)措施包括提升平臺(tái)/提升下吊點(diǎn)、加固桿件、提升臨時(shí)桿件、液壓提升器固定板、導(dǎo)向架等。

4.2.8 屋蓋提升的同步性控制

控制系統(tǒng)根據(jù)一定的控制策略和算法實(shí)現(xiàn)對(duì)提升單元整體提升（下降）的姿態(tài)控制和荷載控制。在提升（下降）過(guò)程中，盡量保證各個(gè)提升吊點(diǎn)的液壓提升設(shè)備配置系數(shù)基本一致；保證提升（下降）結(jié)構(gòu)的空中穩(wěn)定，以便提升單元結(jié)構(gòu)能正確就位，即要求各個(gè)吊點(diǎn)在上升或下降過(guò)程中能夠保持一定的同步性（±20 mm）。將集群的液壓提升器中的任意提升速度和行程位移值設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)值，作為同步控制策略中速度和位移的基準(zhǔn)。在計(jì)算機(jī)的控制下，其余液壓提升器分別以各自的位移量來(lái)跟蹤對(duì)比，根據(jù)兩點(diǎn)間位移量之差進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證各吊點(diǎn)在提升過(guò)程中始終保持同步。

采用全站儀對(duì)提升過(guò)程全程跟蹤測(cè)量的方式進(jìn)行輔助監(jiān)控。提升前在每個(gè)吊點(diǎn)下方地面上設(shè)好測(cè)量點(diǎn)，貼上反光片，每提升一段距離（約5 m），利用激光測(cè)距儀對(duì)每個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行絕對(duì)高度測(cè)量，并進(jìn)行高差比對(duì)，分析出提升結(jié)構(gòu)單元各點(diǎn)的同步性偏差值。當(dāng)相對(duì)最大高差大于預(yù)設(shè)數(shù)值時(shí)，立即通過(guò)手動(dòng)控制的方式進(jìn)行局部調(diào)整。

通過(guò)邁達(dá)斯軟件對(duì)整體提升過(guò)程各種工況進(jìn)行施工仿真分析，據(jù)此對(duì)提升安裝過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)先調(diào)整控制；提升之前通過(guò)加設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)、加固構(gòu)件/板件，臨時(shí)改變永久結(jié)構(gòu)的受力體系，達(dá)到控制局部變形和改善局部應(yīng)力狀態(tài)的目的，保證屋蓋結(jié)構(gòu)在提升安裝過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。

4.2.9 屋蓋提升相關(guān)驗(yàn)算復(fù)核

對(duì)提升單元重要的結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)、驗(yàn)算以及復(fù)核，包括Midas Gen V836有限元程序仿真分析、提升卸載驗(yàn)算、提升平臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)以及驗(yàn)算、汽車吊樓面行走道路規(guī)劃以及驗(yàn)算復(fù)核、桁架拼裝胎架構(gòu)造設(shè)計(jì)以及驗(yàn)算等，并將各部位驗(yàn)算結(jié)果同步抄送設(shè)計(jì)單位進(jìn)行復(fù)核，確保安全無(wú)誤。

4.3 屋蓋卸載技術(shù)

先卸載主樓屋蓋中間鋼柱柱頂?shù)觞c(diǎn)，再卸載陸側(cè)鋼柱柱頂?shù)觞c(diǎn)，然后卸載空側(cè)鋼柱柱頂?shù)觞c(diǎn)。卸載的相關(guān)技術(shù)措施如下：

1）利用計(jì)算機(jī)軟件建模進(jìn)行卸載驗(yàn)算，并將結(jié)果提交設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核。

2）由計(jì)算機(jī)控制液壓提升器卸載，整體卸載量精度控制在1 mm，不會(huì)對(duì)主體產(chǎn)生較大的應(yīng)力及應(yīng)變。

3）液壓同步提升系統(tǒng)設(shè)備采用CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線控制以及從主控制器到液壓提升器的三級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中每一個(gè)液壓提升器的獨(dú)立實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整。操作人員在中央控制室通過(guò)液壓同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓卸載過(guò)程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察，并控制指令的發(fā)布。

4.4 屋蓋結(jié)構(gòu)位移和變形監(jiān)測(cè)控制

挑選技術(shù)過(guò)硬、責(zé)任心較強(qiáng)的測(cè)量人員，對(duì)本工程重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。溫度監(jiān)測(cè)時(shí)，在屋蓋及地面設(shè)置2個(gè)點(diǎn)，選擇在因溫度影響造成構(gòu)件熱脹冷縮量和對(duì)測(cè)量時(shí)視線影響最小的日出前和日落前，利用溫度傳感器在各指定監(jiān)測(cè)部位每天監(jiān)測(cè)1次。經(jīng)第三方監(jiān)測(cè)，航站樓屋蓋整體卸載后的屋蓋最大變形量小于設(shè)計(jì)的最大值135 mm，符合設(shè)計(jì)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

寧波櫟社國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程——T2航站樓大跨度空間曲面屋蓋安裝的難點(diǎn)是屋蓋提升的同步性控制和屋蓋結(jié)構(gòu)位移和變形監(jiān)測(cè)。為此，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，選用整體提升方案，通過(guò)合理的單元分區(qū)、科學(xué)確定拼裝與提升的工藝流程、合理設(shè)置提升吊點(diǎn)及提升設(shè)備，在提升之前臨時(shí)改變永久結(jié)構(gòu)的受力體系；再通過(guò)邁達(dá)斯軟件對(duì)整體提升過(guò)程的各種工況進(jìn)行施工仿真分析，并對(duì)提升安裝過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)先調(diào)整控制，最終確保了屋蓋結(jié)構(gòu)在提升安裝過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。

經(jīng)實(shí)踐，項(xiàng)目比原計(jì)劃提前20 d完成，初步測(cè)算節(jié)約成本約50萬(wàn)元。

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