某大型机场航站楼不规则自由曲面指廊屋面钢结构工程拔杆群整体提升技术

孙庆东 范宝秀 山西建筑工程集团有限公司

1 工程概况

某大型国际机场航站楼整体平面呈放射性的五指廊造型，屋顶及竖向支撑结构均为钢结构。航站楼包括主楼C区、西北指廊WN区及东北指廊EN区、中央指廊CS区、西南指廊WS区和东南指廊ES区共6个区。主楼位于中央大厅中心区，各指廊沿中心区周圈布置。

指廊结构由内侧钢管柱、外侧幕墙柱及横纵向钢管网架组成结构稳定体系。屋面网架通过钢结构节点支撑于柱顶上，为横纵向交叉的网格结构体系。各区指廊结构及施工技术基本相同，现对其中之一的西南(WS）区指廊屋面钢结构施工技术进行应用总结。其屋盖投影51221m2，长391m，宽131m，结构最高25m，总重约2071t。

2 施工条件

工程现场条件困难、情况复杂，不利因素多。

（1）施工工序限制：钢结构施工必须在前期土建主体结构完成后才能进行。

（2）工程造型复杂：整体结构为不规则自由曲面，造型复杂，无类似施工经验。

（3）质量标准高：为国家重点建设、代表性的大型公共建筑工程，建造质量非常高。

（4）安全要求严：受工序及工程特性制约，高空作业多，安全保障极其难。

（5）施工工期紧：整体部署要求在短期内完成钢结构制作吊装，难度大。

（6）工序交叉多：主体结构完成后，陆续穿插钢结构施工，操作工种、作业空间均存在大量交叉作业，专业协调难。

3 施工重点、难点及解决方案

3.1 现场施工重点、难点及解决方案

3.1.1 大面积钢结构焊接质量是控制重点

焊接工程量大，大面积钢结构的焊接效率直接影响安装进度。

解决措施：根据焊接特点，结合当地气候、温度等条件，选用最佳焊接方式；将大面积钢结构化整为零，将焊接质量和焊接精度控制在各小分区内。

3.1.2 大面积钢结构组装的测量放线管控是难点

屋面钢架为异形曲面结构，采用原位组装，每组网架及单片桁架的空间定位、标高尤为重要，是整体屋盖对接就位的关键。

3.2 施工进度控制是重点

大面积屋盖钢架在施工过程中，确保阶段目标工期是关键。

解决措施：（1）制定合理的施工方案。采用在二、三层楼面上拼装焊接，再利用拔杆整体提升吊装。（2）制定合理的施工分区及顺序。划分2个工作面，每个工作面采取针对性的施工顺序。

4 施工方案优化选择

4.1 方案优化

经过方案对比优化，采用拔杆进行提升就位，具体为：将分片钢架在楼板上进行原位组装，周圈外悬挑钢构件在建筑物外侧，下部搭设脚手架操作平台施工，待组对焊接完成后，利用独角拔杆群进行整体提升。采用整体吊装首先减少了垂直运输和大量脚手架的工作，其次大部分工作在地面或者楼面进行，质量和安全更易保证，更有效地缩短工期，为后续工作创造条件。

4.2 施工分区及安装顺序

图1 西南指廊安装区域布置图

网架分五个区域进行施工，一区至五区网架的拼装过程基本相同，其中：一区、二区、四区、五区网架是在二层楼板上进行原位拼装，三区是在三层楼板上进行原位拼装。所有区域均采用拔杆群整体吊装。

4.3 各分区拔杆布置

根据各区情况，部分拔杆设置在原有室外地面，部分拔杆安放在原有结构钢管柱顶，还有部分拔杆安放在原有结构6.5m标高处的楼板上且与下层混凝土柱位置一致。

4.4 钢网架施工关键技术

4.4.1 钢网架整体拼装方法及顺序

每个区域先由中间向跨度方向组对，待跨度方向组对完成后向两侧（长度方向）进行扩拼，将分片区域钢网架组对完成后，利用拔杆（局部少量用吊车）整体提升。

一区～五区钢网架均在楼面上进行原位组装，管管相贯桁架预先在周边场地胎膜中组对焊接，钢网架依次由中间向四周扩拼。

4.4.2 一（二）区网架施工

（1）网架拼装。此区域网架整体呈上曲面形状，为了便于拼装将网架整体旋转后、平置于楼板上进行拼装组对。

组对顺序为：桁架A→桁架B→桁架C→桁架D→桁架E。组对完成后在二层楼板上进行整体拼装组对,组对从中间向两边进行。拼装时首先用汽车吊把A桁架从胎模中吊出，放到6.5m标高处的二层混凝土楼板上。如图2所示。

图2

然后把两榀A桁架放到各自设计投影位置，加设临时支撑。再从胎模中相继陆续吊运B桁架、C桁架、C-1桁架、D桁架与E桁架依次类推，直至将此区域构件组装完成。

钢桁架在二层混凝土楼板面上进行原位组装时，提前施测放样，在楼板上对应混凝土梁位置安装钢管支托对下弦找坡定弧。

（2）钢网架拔杆群整体提升吊装。拼装完成后利用拔杆群整体提升就位，就位过程中陆续进行其他构件散拼。

4.4.3 三区网架施工

该区钢构件由主、次单片钢管桁架组成，主次桁架连接节点均为钢球节点。三区分成两个区域、分别采用拔杆整体吊装。

（1）网架拼装。构件均在胎模中组对,然后在楼板上拼装组对。3-1区构件在二层楼板上组对,3-2区构件在三层楼板上组对。拼装步骤如下：中间网格定位→短向扩拼→长度方向扩拼，直至完成。

（2）网架提升吊装。3-1区的桁架在楼板处拼装完成后,用拔杆吊装到3-2区桁架对接位置。如图3、图4所示。

图3 吊装前示意图

图4 吊装到位三层对接位置示意图

3-1区与3-2区桁架在三层楼板处对接完成后,整体提吊到设计位置。如图5、图6所示。

图5 整体吊装过程中示意图

图6 吊装到设计位置示意图

提升到设计位置后，再空中散拼嵌补主体结构柱周边杆件。

4.4.4 四（五）区网架施工

分成三个区拼装，中间部分区呈平面形状，两侧区呈上曲面形状，将上曲面旋转后平置于楼板上拼装。

（1）网架拼装。

①屋脊天窗区域（4（5）-1区）拼装。4（5）-1区构件在二层楼板上原位拼装。根据结构形式又分成三边球节点桁架、四边球节点桁架及单榀桁架三个类别桁架进行拼装。

其中4（5）-1区屋脊网架在二层混凝土楼板面上原位组装时，提前放样，在楼板上安装钢管支托找坡定弧。

②天窗左侧（4（5）-2区上曲面）拼装。此区网架整体形式同一区网架，拼装方法同一区网架。

③天窗右侧（4（5）-3区上曲面）拼装。此区结网架整体形式同二区网架，拼装方法同二区网架。

（2）四区（五区）钢网架提升。4（5）-1区、4（5）-3区在二层楼板上组对,4（5）-2区在三层楼板上组对。如图7所示。

图7

4（5）-1区在二层楼板组对完成后,用拔杆吊装到与4（5）-3区桁架结构相对应的设计标高。4（5）-1区吊运到与4（5）-3区桁架结构相对应的设计标高后，开始散装二者之间的连接杆件。二者间连接杆件完成后,用拔杆群把4（5）-1区及4（5）-3区桁架整体提升到与4（5）-2区桁架对接处的设计标高位置，散装4（5）-1区和4（5）-2区之间的连接杆件。如图8所示。

图8

3个子区在三层楼板处全部对接完成后,拔杆群整体吊装4（5）区网架，吊装到设计标高后,配合玻璃幕墙安装网架下面的结构柱。

4.4.5 钢网架和钢桁架高空连接

指廊五个区域的每相邻两个区提升到位后均须进行对接，对接部分主要为单片钢管桁架结构和单管构件，安装顺序由内向外，两侧同时施工。对接部分单片桁架预先在胎膜中制作好，采用50t履带吊车安装就位，吊装前在对接区域两侧操作通道，并在桁架下面挂安全网，在焊接球节点部位挂设安全吊篮。

4.4.6 钢网架组对、拼接测量控制

屋面钢构整体形状为不规则的自由曲面，组装均采用原位拼装，，每部分钢架组装前须将每榀主构件、次构件的水平投影线、节点测放在楼面上，整体组装时以楼面上测设的投影线为基准组拼。

4.4.7 网架拼接合拢施工质量控制

（1）理论模拟分析合拢温度。调研合拢施工期间当地气温信息数据，并分析不同结构形式下季节性阳光照射构件产生“温箱”效应、结构迎(背)光面温差，以及屋面、立面钢构件温差而形成较大梯度的温度场分布情况，优化选定结构的合拢温度为:15℃±7.5℃。

（2）现场合拢变形控制。合拢前对拟拼装结构进行坐标测量监测，根据情况适当调整结构坐标。现场合拢时针对网架节点可能出现的微小三维变形，现场采取微调纠偏。

（3）合拢口的杆件就位。所有对接口部位均为杆件与球相连接，采用加衬管的方法进行安装。

对于相贯长度超过5mm的部位设置活动衬管，在坡口上预留小缺口，衬管与钢管套在一起，装入球之间后，再将衬管拉出点焊定位。

4.4.8 网架吊装拼接完成后卸载

（1）卸载原则。网架卸载过程必须遵循“变形协调、卸载均衡”、“中间向四周，中心对称，周边向中间”及“精确计算，严格监控”的原则。过程中设置测控点，全过程监测，对比分析控制，实行信息化管理。

（2）卸载施工。采用绞磨等距分布，多次循环精准控制卸载行程，依次放松绞磨，分次逐步卸载，每次严格控制同步性。通过多个循环卸载，使屋面结构从施工受力状态按预控转化到设计受力状态。

（3）卸载人员。由专业起重工进行统一指挥，所有人员必须服从总指挥指令。卸载时设置观测人员10名，对每个拔杆进行卸载过程中的受力观测，发现有异常及时传输反馈至总指挥平台系统，按预案纠偏处置。

5 结束语

本文介绍了某大型机场航站楼不规则自由曲面指廊屋面钢结构工程的施工关键技术，详细分析项目重点和难点，对指廊屋面钢结构方案优化、整体部署、分段组对、分区拼装、高空合拢及逐级卸载等技术做了详尽总结，为今后类似航站楼不规则自由曲面指廊屋面钢结构工程施工提供参考。