太原机场扩建航站楼网架施工技术

PAGEPAGE6太原机场扩建航站楼网架施工技术陈

辉

（上海宝冶建设有限公司工业安装分公司

上海

200941）摘要：本文对太原武宿机场扩建航站楼网架结构工程施工进行了总结，指出了深化设计、施工工艺中的关键技术及须注意事项，为大面积曲面网架结构整体液压提升施工提供参考。

关键词：网架

焊接球

提升验算

拼装误差

翻转提升

1

概述

太原武宿机场作为北京2008年奥运会首都机场的备降机场，按照世界上最大的客机A-380飞机备降的需要进行改扩建，新建一座5万平方米航站楼，改造现有航站楼，建设航站区配套设施等。跑道及滑行道长度都将由3200米延长至3600米。

新扩建的航站楼、西指廊以及南北指廊屋面均为弧形曲面网架结构，共分为7个区，网架屋盖投影面积约为32578㎡，总重约2000t。我公司承担新航站楼和西指廊网架1～4区的施工，网架屋面水平投影面积为19166㎡，总重约1200t。网架杆件均为Q345B无缝钢管，主体结构为螺栓球节点网架，周边收边桁架为管桁架，局部支撑点为焊接球网架。网架一区与网架四区的部分钢管砼柱通过树状支撑与屋面进行连接，其余的钢管砼柱直接与屋面连接。每个区网架均为三角形，其中网架一区三角形顶角处标高为34.693m，两个底角标高为20.047m，高差为14.646m，如图1所示。

网架一区面积约为10000㎡，重约600t，参与提升工作的结构重约450t。航站楼下部结构为二层框架混凝土结构，二层楼面标高为7.300m，为了尽量减轻二层楼面的负担，减少网架拼装脚手架的搭设，网架采取“趴下”的姿态在二层平台上拼装。拼装完成后再对“趴下”的网架进行整体“翻身”动作（液压非同步翻转提升），当调整到设计姿态后再进行整体同步液压提升到位。翻转提升过程的控制是本工程的重点和难点，稍有疏忽将会引起网架的变形、整体弯折等危险。

2

技术难点、重点

通过本工程的施工，从深化/优化设计、现场拼装、现场焊接到整体提升等各施工阶段的技术难点重点如下:

2.1

深化/优化设计

本工程的深化/优化设计重点主要有：焊接球规格的统一设计，焊接球直径变小处杆件重叠相碰的处理方法；撑杆顶端焊接球节点形式的调整设计；通过支座加劲板调整每个柱顶标高误差、设计变更高差的方法；上弦焊接球节点处檩托板的设计处理；杆件代换后必须进行的网架整体分析验算。

2.2

网架拼装

3.3.1.1

网架提升吊点的选择

提升吊点的选择原则是尽量使各吊点受力均衡，结构稳定。尽量选择下弦节点为主吊点，另外选择主吊点附近的上弦球为辅助吊点。

3.3.1.2

网架整体提升验算

采用上海交大《管结构计算机辅助设计系统STCAD

2.0》软件进行提升验算。

验算模型，以网架一为例（图8），网架最高点的大三角和两个底边的边桁架均采用吊机吊装：

由于采用的是原位置提升方法，网架遇柱处的节点、杆件均需断开，这样就破坏了网架结构的整体性，因而导致模拟提升验算过程中出现了50多根超应力杆件。经设计院同意后，把原设计杆件截面规格锁定，只加大超应力杆件的截面，最后按设计状态的荷载进行复核验算，验算结果没有问题才能确定最终的施工图。

3.3.1.3

超应力杆件处理

由于网架现场实际吊装模型和预先的提升验算模型有出入，主要是网架B1轴顶端增加了两排网架、桁架构件，以及B7轴底边两角把所有螺栓球网架结构全部加入提升模型范围，如图9所示。重新对提升模型进行分析验算，结果又出现了一部分超应力杆件（均为受压超应力），可是网架已经根据最初的提升验算模型开始加工制作了，已经无法改变网架截面尺寸了，只有现场采取措施进行加固，由于都是受压杆件超应力，采用8#铁丝把杉木棒或脚手架管捆绑于超应力杆件周围的加固措施，杉木棒或脚手架管之间的间隙用木楔塞实，事实证明这种加固方法可行，见图10。本工程也有部分杆件采用角钢加固，理论上可行，可是网架提升后发现杆件仍然弯了，用角钢加固方法不可取。

在提升平台上安装液压同步提升系统设备，安装液压提升专用钢绞线，通过钢绞线连接液压提升器和提升下吊点结构（图11），安装专用地锚并预张紧钢绞线。在节点球或者边桁架上弦杆节点上设置下吊点，根据受力情况对设置吊点的节点球和杆件进行相应的加固，保证下吊点的稳定、牢固、可旋转。使用液压提升器配套专用提升吊具，吊具上端通过地锚将钢铰线紧固好，下端连接两个卸扣（两个卸扣可以保证吊点可任意转动，减少水平弯矩），钢丝绳与卸扣、吊点球缠绕形成环形，保证钢丝绳受力均匀。下吊点的钢丝绳长度、夹角需要控制，还要保证网架提升到位时钢绞线至少有2m的自由长度。网架同一提升吊点设主吊点和辅助吊点，以便荷载广泛区域传递。

钢丝绳末端夹接采用骑马式绳夹，绳夹一顺排列并旋紧，一般旋紧到钢丝绳被压扁1/3~1/4直径时止，受力后再旋紧一次。网架一采用的各种规格钢丝绳以及绳夹数量、间距见下表：

钢丝绳固定连接端装置相应规格的套环，以保护钢丝绳弯曲处呈一定的弧度，防止急剧弯曲扭折、折断破裂。

钢丝绳受力前，在绳夹处涂红油漆以便观察绳夹滑移情况，当网架提升钢丝绳受力后，绳夹的滑移总让人感觉到不安全，因此重大结构吊装时钢丝绳还是采用编织法相对安全可靠。

3.3.3

提升支架设计

在钢管砼立柱顶钢管外侧焊接钢牛腿，在牛腿上安装格构式临时立柱（提升支架）。钢牛腿及提升支架的设置均以不影响支座撑杆的安装为原则，提升支架高度要保证网架提升到设计状态时钢绞线自由段长度为大于2m。提升支架采用型钢格构式支架，设计成3m标准节以便能重复利用，支架顶部设置平台小梁和提升梁，在提升大梁上搭设安全操作平台，提升梁一端设置液压提升设备，另一端设置配重平衡拉杆（双拼角钢），提升支架平面外设置稳定缆风，如图。网架中心采用双吊点提升平台，部分钢柱焊接牛腿单吊点提升平台。提升支架及配重平衡拉杆根据吊点最大反力计算确定。

3.3.4

提升系统配置

液压提升系统主要由液压提升器、泵源系统、传感检测及计算机同步控制系统组成。

TJJ-600型液压提升器为穿芯式结构，中间分别可穿过7根钢绞线，两端有主动锚具，利用锲形锚片的逆向运动自锁性，卡紧钢绞线向上提升。TJJ-600型液压提升器额定设计提升重量64.4t。

液压同步提升承重系统主要由液压提升器、提升地锚和专用

钢绞线组成。

本工程中，根据钢网架模拟提升工况计算得出的提升反力数据，进行液压提升系统设备的配置。

在每个提升吊点处配置一台TJJ-600型液压提升器，共配置20台（网架一）；11台（网架二～四）。

每台TJJ-600型液压提升器配置7根钢绞线，额定提升重量为64.4t。钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度为1860Mp，直径为15.24毫米，破断拉力为26.3t。

钢网架屋面单个提升吊点最大反力值为23.46吨（网架二，已考虑1.1的荷载分项系数），即TJJ-600型液压提升器单台最大承重23.46吨，荷载不均匀系数取1.2，则单根钢绞线的平均工作荷载为：23.46×1.2/1/7=4.02吨。单根钢绞线的荷载系数为：26.3/4.02=6.54。

根据公司相关设计规范和以往工程经验，液压提升器工作中采用如上荷载系数是安全的。

3.3.5

提升控制策略

控制系统根据一定的控制策略和算法实现对钢网架整体提升的姿态控制和荷载控制。在提升过程中，从保证结构吊装安全角度来看，应保证各个吊点载荷控制；应保证提升结构的空中稳定，以便结构能正确就位，保证各个提升点保持一定程度的同步。

网架翻转提升设定每个行程100mm，网架整体同步提升每个行程为250mm。

根据以上要求和工程特点，制定如下的控制策略（如图12网架一区吊点、液压提升系统设置示意图）：

液压泵站为TJD-30型变频液压泵源系统，泵站1控制4个提升吊点1、6、7、8；泵站2控制4个提升吊点2、3、4、5;泵站3控制6个提升吊点9、10、11、18、19、20；泵站4控制6个提升吊点12、13、14、15、16、17。

在本工程中，提升速度约4～6米/小时。

3.3.6

提升过程控制及监控措施

3.3.6.1

为保证结构整体提升过程中稳定性，各液压提升器的载荷受控，计算机通过控制，对提升过程进行调整控制；

3.3.6.2

每个吊点处各设置一套位移同步传感器。计算机控制系统根据这3套传感器的位移检测信号及其差值，构成“传感器－计算机－泵源比例阀－液压提升器－钢网架结构”闭环系统，控制整个提升过程的行程同步性。

3.3.6.3

对每个提升吊点的提升力进行压力设定控制，使吊点以恒定的载荷力向上提升，从而避免超载而引起临时构件和网架的破坏。

3.3.6.4

用测量仪器测出各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差，并与理论值进行比较，通过控制提升设备调整各吊点高度使之接近理论值。

3.3.6.5

网架结构在提升及下降过程中，因为空中姿态调整和支座就位等需要进行高度微调。在微调开始前，将计算机同步控制系统由自动模式切换成手动模式。根据需要，对整个钢网架提升系统的11～20台液压提升器进行微动（上升或下降），或者对单台液压提升器进行微动调整。

3.3.6.6

根据甲方提供的提升工况结构吊点允许承载力，在计算机同步控制系统中，对每台液压提升器的最大提升力进行设定。通过减压阀控制，吊点力始终控制在允许范围内，以防止出现提升点荷载分布严重不均，造成对结构件和提升设施的破坏

3.3.6.7

通过液压回路中设置的自锁装置以及机械自锁系统，在提升器停止工作或遇到停电等情况时，提升器能够长时间自动锁紧钢绞线，确保提升构件的安全。

3.3.7

测量准备、提升位移监控表的编制

3.3.7.1

吊点附近悬挂钢卷尺（见图13），吊点正下方的楼面上用角钢制作标杆，准备监控网架提升行程；

3.3.7.2

采用全站仪实测并纪录每个吊点球（杆）顶部标高，并做好在提升过程中随时监控提升支架垂直度的准备；

3.3.7.3

纪录标杆顶部标高、从网架吊点到标杆顶部的钢卷尺读数，并计算出吊点中心到钢卷尺零刻度的长度（此长度为固定值）。

3.3.7.4

吊点提升比例：是根据图14中各吊点翻转提升总距离的比值确定的，以B1轴提升5个100mm行程为基准，计算出B3、B5轴各吊点的比例，见表03：

3.3.7.5

提升位移监控表：

3.3.8

网架整体同步提升1m阶段

3.3.8.1

网架整体同步提升加载脱离拼装胎架过程：

（1）提升支架上稳定缆风绳初步预张紧，液压同步提升系统设备调试、预加载；

（2）首先钢绞线预加载到各吊点受力的50%时停止加载，然后进行缆风加载，把缆风加载受力状态80-85%时停止加载；（根据需要预张缆风的受力不同进行相应的缆风力的张拉，张拉过程用缆风测力计进行观测）

（3）再进行钢网架提升加载，直至钢网架提升离地，此过程中缆风不再进行加载；

（4）利用液压同步提升系统设备整体提升钢网架结构，完全脱离拼装胎架250mm（1个同步提升行程），全面观测网架结构的变形以及重点部位受力情况；

（5）观测提升临设结构系统及钢管砼立柱的工作情况；

（6）通过计算机监测各提升吊点的提升反力值分布，并与预先通过模拟计算得到的数值进行对比分析。

（7）在确认整个提升工况绝对安全的前提下，网架再整体同步提升4个行程即750mm，也就是离开拼装胎架1m（提升1m是为了保证网架在空中翻转过程中B7轴最低点的旋转空间）停止。

3.3.8.2

网架整体脱离拼装胎架时出现的问题：

尽管液压提升器同样走完一个行程时，发现各吊点的提升位移并不一样，我们仔细观察了提升现场情况，并经过细致的分析，总结出以下几个原因：

（1）各下吊点钢丝绳绳夹滑移量、钢丝绳变形伸长量是不同的；

（2）各下吊点预张紧程度也有差别；

（3）通过网架设计模型得知各吊点处网架刚度大小又有所不同。

综合以上原因，我们得出这样的结论，类似于网架这样的结构提升刚脱离胎架时，是不能纯粹通过液压提升器的行程来判断网架提升的位移，必须有辅助的位移检测手段，悬挂钢卷尺观察网架位移或测量仪器直接观测在此时显得尤为重要：根据盘尺读数或测量仪器观测结果，对各吊点标高进行微调。

3.3.9

提升翻转过程控制（图14）

3.3.9.1

在网架提升脱离胎架1m后提升系统锁定；

3.3.9.2

提升系统从同步提升模式切换到翻转非同步提升模式，翻转提升每个行程100mm；

3.3.9.3

B7轴6个提升吊点（15~20）不提升，对1～14号吊点进行提升控制，各吊点的提升行程按照一定的比例进行控制，直到达到预定的高度；

3.3.9.4

网架翻转、提升各吊点高度控制（图15）：

以B1轴为基准，

B1轴提升一个翻转行程100mm，B3、B5轴各吊点根据表03中的提升比例进行同时非同步提升。如图16所示

3.3.9.5提升过程位移监控：

由于100mm行程传感器设备误差有点大，部分误差大于20mm，如果提升5个行程误差就可能超过100mm了，因此现场提升位移监控几乎全部依赖悬挂盘尺测量。

当B1轴走完一个翻转行程100mm时，现场提升监控人员向指挥控制中心报告B3、B5轴各吊点盘尺读数，计算出各吊点位移，然后和按比例计算的位移相比较，如果发现某个吊点位移相差过大，立即锁定其他各吊点的提升，对其进行点动微调；如果偏差小于10mm，可翻转提升5个行程（500mm）再进行标高修正（否则提升速度会很慢），就这样直至设计姿态标高。

3.3.10

网架同步提升控制

3.3.10.1

网架提升到设计姿态后各吊点锁定。

3.3.10.2

测量人员用测量仪器测量每个吊点的标高，和设计姿态的模型理论标高相比较，有偏差的吊点全部进行微调。

3.3.10.3

提升系统从翻转非同步提升模式切换到同步提升模式，同步提升每个行程250mm；

3.3.10.4

B1、B3、B5、B7轴所有吊点整体同步提升，每提升4个行程（1m）后，现场提升监控人员向指挥控制中心报告各吊点盘尺读数，如有偏差随即进行调整，直至提升到位。

3.3.11

网架卸载控制

整体同步提升到设计标高（撑杆区域的吊点提升超出设计标高50mm左右以便于撑杆安装），接着进行杆件补装、支座焊接，最后进行分级卸载就位。

网架卸载实际就是荷载转移的过程，网架结构发生较大的内力重分布，在荷载转移过程中，必须遵循“安全稳妥，均衡卸载，控制变形”的原则，否则有可能造成临时支撑超载失稳，或者网架结构局部甚至整体受损。施工阶段的受力状态与结构最终受力状态完全不一致，必须制定切实可行的技术措施，确保满足多种工况要求。

以卸载前的吊点载荷为基准，所有吊点同时下降卸载10％，等待10分钟，以确保结构各杆件之间内力的调整与重分布。在此过程中可能会出现不正常的载荷转移现象，即卸