贵阳龙洞堡国际机场T2航站楼钢结构安装技术_罗执军

1、2013 年 8 月上 第 42 卷第 15 期 施工技术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY27 DOI: 10. 7672/sgjs2013150027 贵阳龙洞堡国际机场 T2 航站楼钢结构安装技术 罗执军 ( 贵阳市建筑工程质量监督站，贵州贵阳550002) 摘要贵阳龙洞堡国际机场 T2 航站楼屋架钢结构为大跨度曲面空间网架结构， 结构中部采用复杂的四叉树形 柱， 两侧为 Y 形柱， 柱顶采用抗震向心关节轴承连接节点， 结构形式复杂， 技术要求高， 施工难度大。根据工程结构 特点及现场条件， 网架屋盖采用滑移脚手架和局部满堂架相结合的高空散装方案。重点介绍了大跨度曲面空间结

2、 构安装精度控制措施、 滑移脚手架的应用等施工工艺及通过施工过程一体化分析建造技术确定空间复杂结构最优 施工方案的应用。 关键词机场; 钢结构; 航站楼; 滑移脚手架; 安装 中图分类号TU758. 11 文献标识码A 文章编号1002- 8498( 2013) 15- 0027- 04 Steel Structure Installation of T2 Terminal Building in Guiyang Longdongbao Airport Luo Zhijun ( Guiyang Building Engineering Quality Supervision Station，G

3、uiyang，Guizhou550002，China) Abstract: The roof of T2 terminal building in Guiyang Longdongbao Airport is designed as large- span surface grid structure And complex quad- fork shaped columns are designed at the middle part，and the Y-shaped columns are design at both sides The seismic spherical plain

4、bearings are used to connect the roof and columns So the structure is complex and the requirement on technology is rather strict，and the construction is difficult Based on structural features and site conditions，in- site assembling scheme at high altitude with slipping scaffolds and local full scaff

5、olds is adopted At last，this paper emphasized assembling accuracy controlling，slipping scaffolds application and construction scheme of deciding the optimal construction scheme of special complex structure by integrated analysis on construction process Key words: airports;steel structures;terminal b

6、uildings;slipping scaffolds;installation 作者简介罗执军， 高级工程师， E- mail: junjunluo919163 com 收稿日期2013- 04- 16 1工程概况 贵阳龙洞堡国际机场二期扩建项目 T2 航站楼 位于机场原一期航站楼北侧， 是国家西部大开发重 点项目， 总建筑面积 11 万 m2。T2 航站楼包括 B 区 主航站楼、 C 区指廊、 D 区指廊和 E 区指廊( 见图 1) 。地下局部1 层及地上1 层的主体结构为现浇混 凝土框架结构。地上 2 层在 B 区主航站楼的主体 结构为钢结构四叉树形柱、 Y 形柱上置大跨度曲面 空间网架

7、屋盖结构; C， D， E 区指廊的主体结构为常 规钢结构柱上置正放四角锥双层平面网架屋盖结 构。本文主要介绍 B 区主航站楼的主体钢结构和 大跨度曲面空间网架屋盖结构的工程结构特点和 施工难点。 图 1贵阳龙洞堡机场 Fig. 1Guiyang Longdongbao Airport 28施工技术第 42 卷 2工程结构特点 2. 1独特的空间网架受力体系 B 区航站楼屋顶结构平面投影尺寸 255m 147. 6m。采用大跨度曲面空间网架， 网格尺寸为 4m 4m， 网架厚度约 3. 2m。为满足建筑节能自然 采光和外形美观需要， 在屋盖跨度方向的波峰位置 掏空部分杆件形成 15 道梭形采光

8、天窗( 见图 2) 。 每道天窗间设置 3 榀倒三角形屋面桁架与原有网架 屋面刚性连接， 以增强单独成型的 15 道细长条网架 的整体受力性能及平面外稳定， 形成独特的空间网 架受力体系。整体网架部分最大跨度为 32. 7m， 网 架最大掏空部分的跨度达到 93m。 图 2 B 区钢结构示意 Fig. 2Steel structure in area B 2. 2复杂的屋盖支撑体系 B 区主航站楼的中部采用四叉树形柱 16 根， 正 中间柱距 45m， 其余左、 右两侧柱距 30m。四叉树形 柱的下段直立钢管柱( 1 300 60) ， 上段四叉梭形 钢管柱( 900 25 300 25) 。

9、东、 西两侧 Y 形 柱 28 根， 柱距 15m。Y 形柱的下段直立钢管柱 ( 750 25) ， 上段枝杈钢管柱( 600 25) 。Y 形 柱底部采用盆式支座。四叉树形柱和 Y 形柱顶采 用抗震向心关节轴承连接节点( 见图 3) 。东侧中部 和南北两端采用混凝土结构柱， 柱顶为橡胶支座。 3工程施工重点及难点 3. 1工程量大、 工期紧、 施工组织难度大 网架面积达 6. 7 万 m2， 杆件达 6 万根， 螺栓球 1. 3 万个， 焊接球 2 987 个， 钢结构现场施工脚手架 支撑体系、 施工拼装、 焊接量很大， 钢结构工程安装 工期仅 160d， 对施工单位现场施工技术、 管理及工

10、 厂构件制作的配合提出了很大挑战。 图 3关节轴承节点 Fig. 3Pivot bearings 3. 2四叉树形柱、 Y 形柱及大波浪曲线造型安装精 度控制 四叉树形柱、 Y 形柱( 倾斜) 都属于空间定位安 装， 屋盖结构呈大波浪曲线造型， 沿轴线方向呈正 反 “S” 弧形， 钢结构安装精度的控制、 结构造型对后 续屋面外表皮曲线曲率的契合至关重要。 3. 3施工过程一体化分析建造技术运用 B 区为局部大面积掏空的复杂网架结构， 结构 跨度大， 支撑体系复杂。同时， 由于现场施工条件 的限制， T2 航站楼前高架桥施工较慢， 导致高架桥 西侧 Y 形柱和屋顶有一跨网架需后续施工， 而 B

11、区 主跨网架和屋面、 吊顶前期要完成施工。这种空间 异形结构其施工工序安排差异如此大的情况， 国内 还是首次使用。为此必须通过施工全过程仿真分 析、 变形协调分析等为结构的施工过程控制提供强 有力的理论支持， 这是结构施工过程控制的重点。 4安装总体思路 4. 1施工条件分析 由于条件限制， 周围没有大面积场地供钢结构 拼装、 堆放使用， B 区西侧 Y 形柱位于高架桥桥面 上， 高架桥施工完毕方能进行该轴线 Y 形柱及上部 屋面网架安装， 故 Y7轴以西网架只能待高架桥施工 完毕后交付工作面方能施工。四叉树形柱及节点 铸钢件单件最大质量达 22t， 单侧吊装半径达 76m ( 另一侧不具备场

12、地条件) ， 常规机械无法满足 要求。 4. 2安装思路 综合考虑本工程的结构受力特点， 施工现场环 境限制的实际情况以及总工期的要求， 确定钢结构 工程采用搭设脚手架高空散装的施工方案。 1) Y 形柱采用地面拼装， 50t 汽车式起重机整 体吊装的方案。B 区中部四叉树形柱节点铸钢件及 上段梭形柱( 斜撑) 采用搭设临时支撑架高空散装 的方案， 由于场地的特殊性， 四叉树形柱安装时， 履 带式起重机只能在 B 区结构的西侧行走， 所以吊装 机械采用 350t 履带式起重机。 2) 网架采取滑移脚手架和局部遮挡位置采用 2013 No 15罗执军: 贵阳龙洞堡国际机场 T2 航站楼钢结构安装

13、技术29 满堂架相结合高空散装的施工方案， 滑移脚手架按 照 2 跨搭设， 一跨用于拼装、 焊接， 一跨用于油漆作 业。每拼装 1 个单元， 滑移脚手架向前移动一跨开 始新的单元拼装。 3) B 区钢管柱和网架结构安装从中间向两边对 称施工， B1 部分由于高架桥工期影响， 需最后施工。 为保证结构的受力性能， 根据计算机模拟分析， 对 于四叉树形柱临时支撑架， 需待前一个四叉树形柱 的柱顶网架结构安装完成后， 才能拆除该四叉树形 柱的临时支撑架， 对于支撑架 ZC1， 由于该部位结构 抽柱的影响， 需待 B1 部分对应位置结构安装完成 后才能拆除( 见图 4) 。 图 4 B 区施工分区 F

14、ig. 4Division of area B construction 4) 1 台 100t 履带式起重机负责将材料从地面 吊运到 8. 000m 标高层楼面; 4 台 12t 汽车式起重机 在 8. 000m 标高层楼面上进行网架安装。 5关键施工技术措施 5. 1滑移脚手架应用 滑移脚手架主要用在没有四叉树形柱遮挡的 部位， 根据计算， 滑移脚手架立杆的纵、 横距及步距 都采用 1. 5m， 搭设最大高度 22m， 采用 48 3 钢 管。混凝土结构楼面局部标高有变化， 为使混凝土 结构楼面受力均匀， 在楼面铺设 I20a 作为脚手架滑 移轨道， 轨道间距 6m， 支撑在轨道上的脚手架

15、立杆 底部设置滑轮( 见图 5) ， 以减少脚手架移动时的摩 擦力。 滑移脚手架需满足 2 种工况的受力需求: 在网 架结构安装时， 所有脚手架立杆都与楼面用枕木、 调节螺杆顶紧( 见图 6) ， 相当于满堂脚手架使用; 另 一状态为脚手架空载时， 只有轨道接触楼面状态， 此状态只有滑移脚手架自重， 滑移脚手架移动采用 倒链拉动， 具体布置如图 7 所示。 5. 2结构安装精度控制 屋盖网架和结构柱都属于不规则的空间造型 结构， 钢结构安装精度控制、 结构造型对后续屋面 外表皮曲线曲率的契合至关重要， 直接关系到最终 图 5脚手架滑轮 Fig. 5Pulley of the scaffold

16、图 6滑移架杆件受力转换 Fig. 6Force transfering of slipping form members 图 7 B 区脚手架布置 Fig. 7Layout of area B scaffold 结构的造型。同时， 在关键部位， 结构安装偏差也 会对结构受力造成很大影响， 对结构安全造成隐 患。本工程不规则空间造型测量施工主要采用全 站仪进行定位， 采取各种措施保障结构的安装精 度。安装时需根据计算分析， 考虑结构的变形影响。 1) 对于 Y 形柱( 斜柱) 和四叉树形柱主要采取 支撑架或柱间用角钢拉结固定的方式， 保障安装精 度和临时稳定。 2) 空间网架结构的定位直接影响

17、结构安装精 度， 特别是焊接球的定位， 为了保证网架的安装精 度， 对于关键部位球节点采取螺杆调节平台措施， 保障结构的安装精度。 3) 网架结构采用滑移脚手架高空散装的施工 方案， 一个单元拼装完毕， 卸载后， 滑移脚手架向前 移动开始新一单元拼装时， 施工缝位置新、 老单元 会存在变形差， 即结构的施工变形， 此变形会对结 构的安装精度和结构受力造成一定影响， 降低结构 30施工技术第 42 卷 的安全储备。本工程在施工缝对接安装时采用千 斤顶回顶的方式， 消除前一单元接缝处节点的变 形， 使结构的成型状态更加符合结构设计的受力 要求。 4) 柱顶采用抗震向心关节轴承连接节点， 以满 足结

18、构抗震的性能需求。施工时为了避免施工误 差， 采取在工厂组装时利用角钢临时固定的措施， 保障支座的中心平面位置， 在结构安装完成后再拆 除固定措施。 6施工过程一体化分析建造技术的运用 6. 1分析目的 空间结构的施工成型过程是一个从局部到整 体的动态过程， 施工过程中同时伴有结构形态和受 力特性的变化。不同施工阶段有不同的结构形态 和受力特性， 各个施工阶段的边界条件和荷载条件 也在变化。在某一阶段安装完成后， 结构暂时处于 一个平衡状态， 继续安装下一阶段的结构时， 由于 变形协调和内力重分配， 新安装部分往往会对原成 型结构产生影响， 两者协同变形达到新的平衡状 态。因此， 结构最终成型

19、后的内力、 位移是整个施 工过程中各个阶段的施工内力、 位移不断累积而成 的， 它与结构设计状态的计算分析结果存在一定差 异， 这种差异在复杂空间结构施工中如果被忽略， 往往会造成重大安全事故。 特别是本工程 B 区航站楼， 采用滑移脚手架高 空散装施工方案， 由于高架桥施工滞后的影响， 前 面一跨( B1， 见图4) 屋盖结构施工时， 其余屋盖的屋 面板和吊顶装饰已基本完成。施工工序安排差异 如此之大， 结构受力、 变形能否满足要求， 屋顶及吊 顶次结构受力及变形能否满足要求， 并适应主结构 的变形要求。这些方面都需要通过施工过程一体 化分析， 对施工过程中的若干关键工况进行模拟计 算， 对

20、可能发生的不利因素进行提前预警， 以保证 结构施工的安全。 6. 2计算模拟 模拟分析选用韩国大型有限元程序 MIDAS/ GEN 进行， 计算模型采用空间三维实尺模型; 网格 的钢构件选用 2 个节点、 6 个自由度的 frame 单元， 该单元可以考虑拉( 压) 、 弯、 剪、 扭 4 种内力的共同 作用。 边界条件: 通过只受压单元模拟支撑架与结构 的支撑关系。 施工模拟利用程序中的非线性施工计算模块， 对假定的施工方案顺序进行模拟， 计算分析每一施 工过程的受力及变形情况。根据计算结果的合理 性， 调整施工方案。 6. 3计算结果 模拟分析结果显示， 施工过程中， 屋盖结构杆 件最大应力比达 0. 69( 安全允许范围之内) ， 应力偏 大的杆件出现在附加支撑架的支撑点附近， 这是由 于支撑架的设置改变了网架原设计的传力路径， 导 致部分杆件应力比偏大。但是在卸载后， 杆件即恢 复到正常状态， 最后安装施工完成后结构最大应力 比为 0. 43， 结构最大变形为 48mm。 通过对施工过程分析与结构设计状态分析结 果对比， 得出施工过程对结构附加应力的影响值， 最大增加 0. 08( 8%) ， 在结构受力允许范围内。结 构变形增大 5mm( 考虑起拱 50mm) ， 在允许变形的 范围之内， 能满足屋面及吊顶结构的变形协调需求。 实践证明， 采用