陸 旭,劉永忠(北京雙圓工程咨詢監(jiān)理有限公司, 北京 100080)
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。
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。
類似工程的對(duì)比情況,如表1所示。
表1 類似工程對(duì)比
(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。
(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。
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。
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。
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。
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>
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。
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。