陸 旭，劉永忠（北京雙圓工程咨詢監(jiān)理有限公司， 北京 100080）

0 引 言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的航空出行需求日益增強(qiáng)，機(jī)場(chǎng)建設(shè)隨之得到了大力發(fā)展，國內(nèi)建設(shè)的新機(jī)場(chǎng)也越來越多。因此，國內(nèi)某航空公司也正式提出了雙樞紐的戰(zhàn)略理念，大力發(fā)展國內(nèi)某大型國際機(jī)場(chǎng)相關(guān)建設(shè)，創(chuàng)造多個(gè)亞洲第一和世界第一的紀(jì)錄。機(jī)務(wù)維修設(shè)施項(xiàng)目中的機(jī)庫工程就是其中的一項(xiàng)工程，機(jī)庫的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋則是整個(gè)項(xiàng)目的重中之重。

1 工程概況

某機(jī)務(wù)維修設(shè)施項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）位于國內(nèi)某大型國際機(jī)場(chǎng)內(nèi)，坐西朝東，臨近機(jī)場(chǎng)圍界；包括14個(gè)單體建筑，總建筑面積200 698 m2；為某航空公司提供在飛機(jī)型的航線維護(hù)及定檢大修功能，同時(shí)也是機(jī)場(chǎng)配套設(shè)施的建設(shè)重點(diǎn)，建成后其規(guī)模及跨度將創(chuàng)造亞洲乃至世界第一的紀(jì)錄。

機(jī)庫大廳屋蓋建筑面積39 000.25 m2，平面尺寸404.5 m ×97.5 m 。平面上三邊支承，一邊開敞，開敞邊全長(zhǎng)設(shè)置電動(dòng)推拉大門，大門開口邊跨度222 m＋183 m。屋蓋桁架體系由沿進(jìn)深方向設(shè)置的4道45°的斜向桁架及沿大門開口邊設(shè)置的下沉式大門桁架、沿結(jié)構(gòu)縱向設(shè)置的一字形桁架構(gòu)成。整體結(jié)構(gòu)上弦中心標(biāo)高38.5 m，門頭桁架截面總高度為11.5 m，下弦中心標(biāo)高27.0 m；斜桁架及一字形桁架截面高8.5 m，下弦中心標(biāo)高30.0 m；桁架間單層斜放四角錐網(wǎng)架厚4.25 m，基本網(wǎng)格尺寸6.0 m×6.0 m，下弦中心標(biāo)高34.25 m（如圖1所示）。

圖1 機(jī)庫屋蓋結(jié)構(gòu)剖面示意圖

除大門邊桁架上、下弦桿及斜桁架下弦桿采用焊接箱型截面，腹桿根據(jù)內(nèi)力大小采用圓鋼管、焊接H型截面或焊接箱型截面，節(jié)點(diǎn)采用栓焊節(jié)點(diǎn)外，斜向桁架、一字形桁架及屋蓋網(wǎng)架均采用球管結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)采用焊接球節(jié)點(diǎn)。

網(wǎng)架桿件最大規(guī)格為Φ550×30，最小規(guī)格為Φ102×4，網(wǎng)架球最大規(guī)格D900×36，最小規(guī)格為D300×12，網(wǎng)架共計(jì)13種圓管、10種焊接球，鋼材材質(zhì)Q345B。門頭桁架箱型構(gòu)件最大截面為800×800×100，最小截面為500×320×16，主要鋼材材質(zhì)Q420B。

2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 類似工程對(duì)比

類似工程的對(duì)比情況，如表1所示。

表1 類似工程對(duì)比

2.2 本工程特點(diǎn)

（1）大門中柱不對(duì)稱；因工藝布置要求，大門開口邊跨度222 m＋183 m?？赏瑫r(shí)容留5架大型寬體客機(jī)（空客A380系列或B777系列）及3架窄體飛機(jī)（空客A320系列或波音B737系列）入庫檢修。

（2）首次采用W形斜桁架＋縱向桁架結(jié)構(gòu)體系；這種結(jié)構(gòu)體系縮短了超大面積屋蓋的荷載傳遞路線，受力明確高效，減輕結(jié)構(gòu)自重。

（3）機(jī)庫大廳內(nèi)利用維修用房平面布置L型格構(gòu)柱，減小了W型斜桁架跨度。

2.3 工程難點(diǎn)

（1）屋蓋結(jié)構(gòu)405 m超長(zhǎng)跨度，W型斜桁架橫穿其中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、輕盈，施工方案選擇上面臨新的挑戰(zhàn)。屋蓋平面尺寸為404.5 m×97.5 m，跨度比A380機(jī)庫跨度大了近50 m，是目前亞洲跨度最大的機(jī)庫。不同于其他機(jī)庫的平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，本工程首次采用了斜桁架、大門桁架和一字型桁架的組合結(jié)構(gòu)體系。這種斜桁架方案將力的傳遞路徑降到最短，提升了結(jié)構(gòu)效率，屋蓋用鋼量相比普通平板網(wǎng)架減少了近1 500 t。如何選擇合理的施工方案，最大程度地確保工程質(zhì)量和施工安全，加快施工進(jìn)度以及降低工程成本，是本工程的難點(diǎn)。

（2）桁架類型多樣，單層網(wǎng)架鑲嵌其中，高差變化大，拼裝精度和焊接變形是控制重點(diǎn)。屋蓋結(jié)構(gòu)上頂平齊，門頭桁架高11.5 m，一字桁架與斜桁架高8.5 m，單層網(wǎng)架厚4.25 m。各種類型高差變化大，最大高差7.25 m，在地面組拼存在相當(dāng)難度。屋蓋結(jié)構(gòu)桿件多，焊接球4 235個(gè)，桿件18 350余根，多達(dá)2.2萬多根桿件，20余種規(guī)格，且存在大量多角度交匯節(jié)點(diǎn)。采用何種技術(shù)措施和控制方法以保證鋼構(gòu)件的精準(zhǔn)安裝，同時(shí)還要減少焊接、溫度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)變形的影響，是本工程的控制重點(diǎn)。

（3）屋蓋結(jié)構(gòu)三邊支承，內(nèi)部L型格構(gòu)柱為主要支承構(gòu)件，提升點(diǎn)選擇和布置需綜合考慮結(jié)構(gòu)變形和施工經(jīng)濟(jì)性。屋蓋結(jié)構(gòu)三邊的支承鋼柱只承受部分屋蓋的重量，無法作為提升點(diǎn)使用，需設(shè)置提升塔架；且4道W型斜桁架分布位置不對(duì)稱，其剛度、變形也均不對(duì)稱，導(dǎo)致提升塔架的布置也無法對(duì)稱。在滿足施工安全的前提下，提升塔架的布置和數(shù)量，以及實(shí)現(xiàn)快速安拆，是本工程需要面對(duì)的難題。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 分段吊裝西側(cè)邊桁架

分段吊裝西側(cè)邊桁架，解決了整體提升需在鋼柱位置安裝大量嵌補(bǔ)桿的難題，將嵌補(bǔ)區(qū)域轉(zhuǎn)移至單層網(wǎng)架區(qū)域。屋蓋四周支承鋼柱87根（含抗風(fēng)柱39根），網(wǎng)架屋蓋與鋼柱通過固定鉸支座連接，嵌補(bǔ)部位及桿件過多，不利于全部屋蓋整體提升。西側(cè)邊桁架分段吊裝，可以將高空嵌補(bǔ)位置轉(zhuǎn)移到單層網(wǎng)架區(qū)域，既減少嵌補(bǔ)桿的數(shù)量，又有利于保證施工質(zhì)量。

3.2 大廳網(wǎng)架和大門桁架分別在地面原位拼裝，分兩次累積提升

此方法解決了不同桁架結(jié)構(gòu)存在高差，需使用大量臨時(shí)支撐和高空操作安全的難題。由于大廳網(wǎng)架與大門桁架存在4 m高差，將大廳網(wǎng)架和大門桁架分別在原位進(jìn)行拼裝。整體拼裝順序由27軸開始，分別向南、北兩側(cè)同時(shí)拼裝網(wǎng)架和門頭桁架。使用汽車吊進(jìn)行網(wǎng)架的拼裝。網(wǎng)架跨度大，拼裝預(yù)起拱時(shí)按照跨度的1/700起拱。

3.2.1 大廳網(wǎng)架拼裝

一字桁架下弦球使用鋼管支托定位。因起拱值不同，鋼支托高度須一一放樣確定，共計(jì)1 035個(gè)。

一字桁架之間為單層網(wǎng)架，單層網(wǎng)架下弦與一字桁架中弦平齊。需在單層網(wǎng)架下弦球位置支設(shè)臨時(shí)鋼管支撐，鋼管支撐隨安裝倒用。

一字桁架下弦鋪設(shè)完成后，安裝中弦及上弦桿件。為提高拼裝效率，斜腹桿小拼成“人”字單元和四角錐形單元，從而減少桿件吊次（減少近1/3桿件吊次），也可以確保拼裝的精度。

工藝流程：大廳網(wǎng)架先進(jìn)行下弦鋪設(shè)和下弦腹桿小拼單元安裝，再進(jìn)行中弦桿安裝和上弦腹桿、弦桿安裝，最后進(jìn)行單層網(wǎng)架拼裝和雙層網(wǎng)架拼裝。

3.2.2 大門桁架拼裝

大門桁架由中柱向南北兩側(cè)對(duì)稱拼裝。在下弦桿接口位置鋪設(shè)型鋼作為拼裝胎架。拼裝胎架高度根據(jù)每段弦桿的起拱值不同。工藝流程：大門桁架先進(jìn)行胎架鋪設(shè)和下弦桿定位，再進(jìn)行大門桁架下弦拼裝和大門桁架斜腹桿拼裝，最后進(jìn)行大門桁架中弦拼裝和大門桁架上弦拼裝。

3.3 全部使用提升塔架進(jìn)行整體提升，實(shí)現(xiàn)提升塔架快速安拆，節(jié)約工期和成本

屋蓋結(jié)構(gòu)分為兩次提升（網(wǎng)架內(nèi)機(jī)電管線、檁條、馬道隨屋蓋一起提升），因L型格構(gòu)柱為主要支承構(gòu)件，其他鋼柱截面較小，無法作為屋蓋提升的支點(diǎn)；如利用L型格構(gòu)柱作為提升點(diǎn)，提升支點(diǎn)和臨時(shí)加固桿件將影響嵌補(bǔ)桿件的安裝。

結(jié)合屋蓋結(jié)構(gòu)剛度不對(duì)稱、不一致的特點(diǎn)，將提升塔架布置在剛度較大的門頭桁架、W型斜桁架的位置。根據(jù)提升反力和位置的不同，塔架的形式有5種，共設(shè)置31組提升塔架，門頭提升塔架10組，大廳提升塔架11組，大廳臨時(shí)提升塔架6組，鋼柱頂提升塔架4組。

在大廳網(wǎng)架進(jìn)行第一次提升時(shí)使用提升塔架，用于確保大廳網(wǎng)架與大門桁架對(duì)接處的變形控制。使用1500 mm ×1500 mm的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成門式結(jié)構(gòu)。

利用南、北兩側(cè)4根原結(jié)構(gòu)鋼柱，在柱頂設(shè)置提升塔架，用來控制網(wǎng)架提升時(shí)南北兩端的變形。塔架使用型鋼制作。

第一次提升，將大廳網(wǎng)架提升4.083 m，與門頭桁架進(jìn)行對(duì)接，共布置21組提升塔架（含6組臨時(shí)提升塔架）、32臺(tái)提升油缸。所提升網(wǎng)架平面尺寸為398.5 m×68.75 m，提升面積為27 397 ㎡，提升重量為4 500 t。

第一次提升到位后，安裝大廳網(wǎng)架與大門桁架之間的嵌補(bǔ)桿件共計(jì)332根。歷時(shí)7 d，桿件無修改。

第二次提升，將門頭桁架與大廳網(wǎng)架拼裝成整體后提升，提升高度為25.542 m，共布置25組提升塔架、46臺(tái)提升油缸。所提升網(wǎng)架平面尺寸為398.5 m×88.75 m，提升面積為35 400 ㎡，提升重量為7 200 t。

第二次提升到位后，安裝嵌補(bǔ)桿件共計(jì)991根。歷時(shí)23 d安裝完成。

3.4 卸 載

采用點(diǎn)動(dòng)縮缸分級(jí)卸載模式，每級(jí)卸載按照10%提升反力卸載，同步監(jiān)控提升油缸縮缸位移，每卸載一級(jí)，停頓檢查結(jié)構(gòu)變化情況，結(jié)構(gòu)變化正常，繼續(xù)卸載，直到卸載完成。

由于拼裝時(shí)采取預(yù)起拱措施，卸載后網(wǎng)架自重的最大下?lián)现禐?5 mm，遠(yuǎn)低于網(wǎng)架不起拱理論計(jì)算的下?lián)现怠?/p>

3.5 中柱節(jié)點(diǎn)安裝

機(jī)庫大門鋼筋混凝土中柱是大跨度維修機(jī)庫特有的重要構(gòu)件，柱身截面達(dá)5 m×5 m×27 m，同時(shí)承受屋蓋結(jié)構(gòu)100節(jié)滿載貨運(yùn)列車的巨大壓力及5 000匹馬的巨大水平拉力。

中柱節(jié)點(diǎn)通過鉸支座與柱頂?shù)念A(yù)埋件連接，為保證埋件的水平度和安裝精度，支座預(yù)埋件在工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝定位，混凝土一次澆筑完成。

預(yù)埋件整件加工進(jìn)場(chǎng)重達(dá)7 t、預(yù)埋件底部使用型鋼固定，中柱節(jié)點(diǎn)重達(dá)42 t、節(jié)點(diǎn)底板與支座頂板緊密貼合，中柱節(jié)點(diǎn)與大門桁架桿件連接。

4 結(jié) 語

某機(jī)務(wù)維修設(shè)施項(xiàng)目從加工廠下料加工開始，就派出2名鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)監(jiān)理工程師駐場(chǎng)監(jiān)造，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)原材料進(jìn)行見證取樣復(fù)試，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)下料尺寸及拼裝進(jìn)行過程檢查及驗(yàn)收，對(duì)加工廠焊縫焊接進(jìn)行見證探傷檢測(cè)，并對(duì)噴漆效果和裝車碼放進(jìn)行檢查。本批次構(gòu)件檢驗(yàn)合格簽發(fā)同意運(yùn)輸?shù)臋z驗(yàn)單后，構(gòu)件才能發(fā)往施工現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)監(jiān)理工程師檢查經(jīng)駐場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)監(jiān)理工程師簽認(rèn)的運(yùn)輸單后，再次對(duì)構(gòu)件進(jìn)行檢查，檢查合格后方可卸車。這最大限度地保證了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件從原材料至構(gòu)件形成，再至運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的全過程監(jiān)理，以及全過程質(zhì)量檢查及復(fù)試，確保了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工精度和質(zhì)量。

某機(jī)務(wù)維修設(shè)施項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)屋蓋自邊桁架開始吊裝，到大廳網(wǎng)架及桁架開始拼裝，再到第一次提升、日第二次提升完成，最后屋蓋卸載完成。

從網(wǎng)架開始拼裝到整體提升完成，僅用時(shí)104 d，得益于科學(xué)合理的施工方案、精心細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)組織和高效精準(zhǔn)的拼裝方法，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的施工目標(biāo)。

整個(gè)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由近2.2萬根桿件在現(xiàn)場(chǎng)組裝形成，采取小拼單元的組裝措施和可移動(dòng)輕型操作平臺(tái)，不僅能保障地面拼裝的精準(zhǔn)度，還大大提升了施工效率，做到了精準(zhǔn)高效的施工。

為減小焊接和溫度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工的影響，除按要求的順序進(jìn)行焊接外，沿長(zhǎng)度方向每50 m劃分為一個(gè)焊接分區(qū)。待本區(qū)內(nèi)的焊接工作完成后，再進(jìn)行分區(qū)之間的焊接。

全部現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊縫共42 056條，長(zhǎng)度近20 km，大門中柱節(jié)點(diǎn)鋼板壁厚達(dá)100 mm，所有現(xiàn)場(chǎng)焊縫按照要求進(jìn)行超聲波自檢和第三方檢測(cè)。焊縫一次探傷合格率達(dá)到99%以上。

通過全過程的鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)理，以及與施工單位的配合，確保了某機(jī)務(wù)維修設(shè)施項(xiàng)目機(jī)庫鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的原材料質(zhì)量、加工廠加工精度和加工質(zhì)量以及施工現(xiàn)場(chǎng)安裝精度和安裝質(zhì)量均符合國家相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求和合同要求。