飞机维修库大跨度钢结构网架整体提升施工技术

王文灵

广州协安建设工程有限公司 广东 广州 510000

引言

随着改革开放和经济发展，钢结构工程正从跨度大、高层、耐热性等要求高的工业建筑逐渐向民用建筑发展。而随着钢结构网架和桁架结构的广泛应用及技术更新，近年来大跨度的网架结构越来越多地采用整体提升法进行施工，该方法最大的优点就是可节省大量的临时支撑且工期相对较短，而难点就是对提升点、网架内的大型通风管及消防管网的把控方面。白云机场G2、G3飞机维修库项目的施工过程中，针对钢网架拼装、提升、管网安装、独立柱施工等作了优化施工流程，提升了施工效率和安全。

1 工程实例

广州白云国际机场G2飞机维修库工程建筑面积10325m2，其屋面为钢结构网架屋面，支承体系为钢筋混凝土柱+柱间支撑形式，网架南北跨度137m，东西进深68m，网架高度6m，局部9m，机库内净空高度24m。

广州白云国际机场G3飞机维修库机库大厅跨度76m+76m，进深68m，屋盖钢结构采用两层正交斜放四角锥网架，大厅网架下弦中心标高为26m，主要网格尺寸6m×4.5m，高度5m。喷漆大厅采用上送下排的全面空气覆盖的通风形式，机库大厅网架内布置送风口，风口满布飞机定位平面投影内区域，由这些风口向下送风。风管直径为500～2100mm。

G2、G3飞机维修库屋面钢结构的施工采用地面拼装、整体提升的方法进行，整体提升采用计算机控制的液压提升器来完成，提升点选择在作为永久支承的钢筋混凝土柱上，共设置13个提升点[1]。

2 屋面钢网架原位拼装技术

2.1 预起拱质量控制

网架在正常使用状态下，杆件受自重及荷载作用产生向下的挠度，为避免挠度值过大，影响结构安全和使用，拼装时对网架进行预拱。用SFCAD2000和SAP2000软件计算出网架的挠度，并取其值为网架反向预拱值。网架拼装时按照结构设计尺寸附加预拱值进行定位。

2.2 拼装定位质量控制

在下弦每个节点球下设置胎架，胎架主材为钢管，高50cm，上部设置短圆管调整标高。网架下弦球中心在地面的投影点即胎架的定位点，用全站仪对节点球球心进行复核。

2.3 拼装顺序控制

网架结构拼装前选择合理的拼装、焊接顺序，以减少因焊接收缩变形引起的网架变形，避免整体结构变形过大，影响结构稳定性和安全性。

2.4 焊接质量控制

采取合理的整体焊接顺序：从中间往两侧对称；局部焊接顺序：先下弦球节点，再上弦球节点，以减少因焊接收缩变形引起的网架变形，避免整体结构变形过大，影响结构稳定性和安全性。对原材料、焊接材料按国家相关规范进行见证取样、复试，焊接前制定焊接工艺评定，编制焊接工艺指导书；按照相应规范要求进行焊接前焊口的清理、预热、层间温度控制、保温等工序的操作，并派专人进行过程监控及记录；做好焊接防护措施，确保优良焊接环境，避免外界环境对焊接质量的影响[2]。

3 大跨度屋盖网架整体提升施工技术

本工程钢网架平面尺寸137m×68m，净高24.5m，根据结构特征和现有施工技术条件，宜采用“地面拼装、整体提升、局部后装”方式安装，如何合理布置提升吊点和选择合适的上、下吊点做法是本工程的难点，作好整体提升过程中的同步性和监测是本工程的重点。从结构受力变形情况、建设工期、施工成本等多方面综合考虑，选择“地面拼装、整体提升”的施工技术来完成本项目网架屋面施工。

根据钢网架结构特点，提升点布置应遵循对称原则，结合液压提升器的性能和施工模拟仿真分析结果，按照尽量减少替换原设计杆件的原则。

为了保证提升过程中钢屋盖处于稳定状态，提升同步控制至关重要。硬件上采用了液压提升器、液压泵站，软件采用同步控制系统。正式提升前先将网架提升至离地300～500mm悬停24h，待检查网架构件、提升器、提升钢绞线没有异常后再正式提升。

4 大跨度屋盖网架整体提升/张拉仿真模拟分析技术

由于提升过程中支座数量和边界条件与原设计状态不同，整个结构受力状态也将发生改变，因此需要对网架提升、卸载和预应力张拉进行一体化的计算机仿真模拟分析，确保整个施工安全、可行。

利用计算机软件模拟、分析网架不同提升工况的受力情况，确定最优提升点位设置方案，并通过提升钢桁架与永久网架结构构件模拟碰撞分析，确定提升架材料截面选型，进而模拟分析网架在提升过程的受力情况，使整体提升时的结构受力满足结构设计的边界限定条件。

通过模拟分析受力情况，将提升点选定在永久结构柱上。通过计算机模拟计算分析作为提升支柱的钢筋混凝土结构柱的受力情况，并通过安装临时柱间支撑和永久柱间支撑使各独立柱连成整体，增加提升点立柱稳定性，进而保证提升网架的稳定和安全。

从实验圃地选取生长健壮、无病虫害、长势均匀的卧茎景天（Sedum sarmentosum）、德国景天（Sedum.hybridum）、佛甲草（Sedum lineare Thunb.）、胭脂红景天（Sedum.spuriumcv.Coccineum）、金叶景天（Sedum makinoi Ogon.）和北景天（Sedum kamtschaticum）6个品种为材料。

5 大跨度钢桁架体内预应力施工技术

机库大门桁架高空预应力施工：大门桁架下弦钢管中通长（137m）布置有55根Φ15.2镀锌无黏结钢绞线（抗拉强度1860MPa）作为后张预应力筋。因大门桁架与屋顶网架同时提升，且提升过程中其杆件内力与使用阶段中的不同，大门桁架的预应力张拉施工必须在大门桁架和网架屋盖提升后高空作业[3]。

本项目大门门头钢桁架跨度大，荷载重，在此钢桁架体内应用了预应力钢索。通过利用定制锚具加快钢索的穿束施工进度，减少费用。下弦管内设置保护性套管，减少钢绞线磨损。在施工前运用大型通用有限元分析程序ANSYS对整个工程和所有节点进行详细建模，并对关键节点进行有限元分析，以保证节点受力的安全性，并对节点构造和外形进行优化。

待钢网架提升就位，后装杆件装完后再进行钢绞线穿束；采用专用锚具头将55根钢绞线编成束，利用卷扬机牵引钢丝绳一次穿束；利用管道机器人将牵引线穿束。

在柱顶搭设临时钢平台供穿束、张拉、灌浆用，确保施工安全；张拉采用两个400t千斤顶两端张拉，每次张拉一榀结构。

6 大跨度屋面网架整体提升结构安全监测施工技术

本工程机库屋面网架是大型焊接球网架结构，施工时采用了地面原位散装方式进行拼装，并且拼装阶段需要对网架按设计要求起拱（最大起拱300mm），导致所有焊接球及杆件空间定位不同，同时将网架整体提升到位之后，尚有212根杆件需要后装，此时结构尚处于相对不稳定柔性吊拉状态。本工程网架整体提升过程、预应力张拉施工过程、独立柱施工过程等均采用了应力、应变的监测技术。

提升过程中重点监测内容是下吊点高度的变化、网架结构变形、原结构柱变形、临时提升胎架变形。对于下吊点和网架结构变形采用钢尺倒挂法和测量仪器配合进行监测。其他的变形和网架中主要杆件、关键部位采用张贴应变片进行监测。

针对施工过程的索力、应力及变形监测，采取可靠的监测手段，对钢结构的变形和预应力钢索的受力进行实时监测，以确保结构施工安全，保证结构的成型状态与原设计相符。

7 整体提升钢结构网架超大口径螺旋风管同步安装技术

根据风管的安装高度使用槽钢制作高度可调的独立风管支架，焊接在对应的焊接球上，两支架间设置斜撑加固，保证支架的稳定性。根据风管的直径大小，在支架上设置相应直径的圆弧托架。

钢结构网架与超大口径螺旋风管完成同步安装，最后再整体提升。

8 悬挂机坞和机库大门的装配式施工技术

本工程的喷漆库内有悬挂式移动维修平台，可对飞机尾翼各区域，进行全方位的检修，极大提高了飞机的维修效率，悬挂式移动维修平台也叫飞机维修坞。

G3机库内设计四座飞机维修坞，分别为两座18m长的机尾坞和两座37m长的机身坞，机坞均通过导轨悬挂在网架的下弦节点上，单个机身坞重量超过45t，高度近20m。

飞机维修坞各组成构件，在加工图设计时就将各部件全部采用螺栓连接的方式。在不考虑长途运输的条件下，装配过程无须二次焊接；严格控制加工精度将构件按照图纸在工厂完成；在发往项目现场之前，需经过一系列严格筛选，就机坞主要构件进行质量检查、需就主要结构进行检验性预拼装；在现场施工中，机坞不破坏防腐层，各部件只需按正常流程装配即可，每座单个机坞在地面上装配后再吊装在预先安装的轨道上，装配施工效率高，大大节省了现场施工周期。

机库大门为钢结构轨道门，共8扇，每扇尺寸为高22m×宽19m，也是采用装配式钢结构在工厂加工，现场仅需按图纸装配成片后再逐扇吊装。

9 超高空消防管道随空间网架整体提升安装施工技术

超高空消防管道随空间网架整体提升安装施工技术是在钢结构网架提升前进行消防管道的安装，避免了超高空作业的风险。“网架下弦拼装——消防管道安装连接——网架上弦拼装”的流水施工以及减少高空作业能很大程度的减少人力物力的投入，减少了资料浪费，极大降低了返工率，对节约社会环境资源有一定的意义；同时采用该技术可加快了施工进度、节约施工成本。

提高消防管道加工制作精度、安装精度，减少消防管道安装时产生的装配应力。消防管道安装与网架安装一起进行，形成“先完成网架下弦拼装，后进行消防管道安装，再进行网架上弦拼装”的流水施工，解决消防管道在网架中穿插安装困难的问题，并在流水施工中消防管道与风管、水电施工交叉进行，方便管线调整检修。

消防管道进行卡箍连接时，通过将螺栓的拧紧力矩调整到设计要求的85%，增加消防管道随网架整体提升时的可变形余量。待完成提升后，对消防管道进行补装拧紧至设计要求。

根据消防管道的布置高度及数量，增设相应的消防管道抗震支架，确保整体提升过程中消防管道的稳定和安全。

对消防管道设置应力监测点，不仅在整体提升过程中监测消防管道的受力情况是否合理，还能确定提升过程中消防管道应力集中的部位，在提升完成后对其进行重点检修。采用计算机控制液压同步提升技术，控制构件的运动姿态和应力分布，确保提升过程的平稳、安全。网架整体提升及就位卸载完成后，对消防管道进行补装、检修及压力测试。

10 结束语

在广州白云国际机场G2飞机维修库工程、广州白云国际机场G2飞机维修库工程的实践中钢网架整体提升，降低施工难道，提高效率经过不断优化施工，形成配套施工技术，控制要点，保证提升过程的施工可靠性和精度可控性。