鹽城南洋機(jī)場T2航站樓屋蓋施工中的臨時格構(gòu)柱安裝和卸載施工技術(shù)

余少樂 郭 春 沈 翀 吳 量 章小葵 張學(xué)偉 陳新喜

1. 中國建筑第八工程局有限公司 上海 201204；2. 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092

1 項目概況

1.1 工程建設(shè)概況

鹽城南洋機(jī)場T2航站樓屋蓋鋼結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的曲面造型，東西長183.6 m、南北寬75.6 m，跨度較大，是工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)概況

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由縱向桁架、橫向桁架、天窗及封邊梁結(jié)構(gòu)等組成。整個屋蓋由18根鋼管混凝土柱支承，通過柱頂?shù)某善枫q支座與鋼柱相連（圖1）。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)整體造型呈空間曲面，懸挑區(qū)域面積占據(jù)整個屋面面積的40%（圖2）。懸挑桁架的挑出長度較長，最長達(dá)40 m，懸挑處無支撐，且懸挑桁架采用整體拼裝，使懸挑端定位成為難題。懸挑遠(yuǎn)端與封邊梁相貫，航站樓四周皆有懸挑，安裝較為困難。為了解決懸挑區(qū)域桁架安裝的問題，在懸挑遠(yuǎn)端設(shè)置格構(gòu)柱支撐，安裝時格構(gòu)柱作為受力支撐，懸挑桁架遠(yuǎn)端搭設(shè)在格構(gòu)支撐上，同時也解決了封邊梁安裝的問題[1-2]。

2 格構(gòu)柱施工難點(diǎn)

根據(jù)屋面鋼結(jié)構(gòu)的安裝需求，屋面鋼結(jié)構(gòu)懸挑桁架共布置48組格構(gòu)柱支撐（圖3）。格構(gòu)柱是懸挑區(qū)域桁架安裝過程中的臨時支撐，桁架完成后需要對格構(gòu)柱進(jìn)行拆除，其施工難點(diǎn)如下：

圖1 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋示意

圖2 屋面鋼結(jié)構(gòu)懸挑區(qū)域

圖3 格構(gòu)柱布置示意

1）格構(gòu)柱安裝過程中如何加強(qiáng)支撐體系的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，滿足安裝屋面鋼結(jié)構(gòu)的要求，是一個難點(diǎn)。

2）拆撐過程中確保桁架從施工工況過渡到設(shè)計工況的安全、變形受控是整個卸載工序的關(guān)鍵，也是施工難點(diǎn)。

3 施工方案

3.1 格構(gòu)柱安裝

根據(jù)主桁架安裝要求，航站樓屋面主桁架結(jié)構(gòu)吊裝均需設(shè)置臨時支撐架，以便桁架分段就位。按承受相應(yīng)的桁架質(zhì)量進(jìn)行計算，確定臨時支撐采用格構(gòu)柱支撐體系。本工程格構(gòu)柱支撐體系由豎向格構(gòu)柱、水平向連接支撐及纜風(fēng)繩組成，通過在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置預(yù)埋件使其與混凝土結(jié)構(gòu)連接牢固，從而形成穩(wěn)定的支撐體系。

通過Sap2000計算程序，建立分析模型。經(jīng)過計算分析，格構(gòu)柱的最大豎向反力為492 kN，因此選用格構(gòu)式支撐胎架截面尺寸為1 500 mm×1 500 mm，立桿4×φ159 mm×8 mm＋綴條∠75 mm×6 mm；節(jié)間高度為1 500 mm，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為12 m一節(jié)，胎架底部和頂部為1 750 mm×1 750 mm支座。綴條與主肢、綴條與綴條之間均采用焊接連接。格構(gòu)柱設(shè)計為組裝式，工廠制作，現(xiàn)場拼裝。根據(jù)格構(gòu)柱的布置位置，在格構(gòu)柱所布位置處鋪設(shè)鋼板，鋼板用自攻螺絲固定在混凝土地面上。為進(jìn)一步加強(qiáng)支撐體系的強(qiáng)度，同時考慮鹽城地區(qū)高頻率的大風(fēng)荷載，格構(gòu)柱在有水平支撐的情況下，輔以纜風(fēng)繩，以加強(qiáng)支撐體系的側(cè)向穩(wěn)定性。每根格構(gòu)柱拉設(shè)4根纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩通過預(yù)埋件拉結(jié)在混凝土結(jié)構(gòu)上。

3.2 格構(gòu)柱的卸載

根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工實(shí)際，支撐胎架卸載采用分單體—整體卸載的總體思路，即待整個鋼屋蓋高空成型后，分批次對格構(gòu)柱進(jìn)行同步卸載；即分先后次序安排若干批次拆除支撐胎架（卸載后，胎架暫不拆除，待全部卸載到位后，進(jìn)行短期位移觀測，確認(rèn)滿足規(guī)范和設(shè)計要求后再陸續(xù)拆除胎架），且確保每個卸載批次同步。

3.2.1 卸載流程

卸載過程采用控制位移的方法實(shí)現(xiàn)分階段分級同步卸載，遵循變形協(xié)調(diào)和結(jié)構(gòu)安全的原則。卸載的順序為從東區(qū)向北區(qū)，整個卸載步驟分為4步，先是東區(qū)—南區(qū)—西區(qū)，網(wǎng)殼安裝完成后，再進(jìn)行北區(qū)格構(gòu)柱卸載。卸載需做到同步，且在一個行程完畢后，各個工位操作人員應(yīng)該通知指揮員。監(jiān)測確認(rèn)桿件應(yīng)力、位移無異常后，通知總指揮，再統(tǒng)一進(jìn)行下一個行程的卸載。

3.2.2 格構(gòu)柱拆除過程的施工模擬

為了確保卸載過程的安全，使用Sap2000計算軟件對卸載過程進(jìn)行施工過程全模擬。分析采用軟件中靜力非線性Nonlinear Static Procedure分析的方法，在線彈性工作范圍內(nèi)對拆撐全過程進(jìn)行分析，即分步施加向下位移，直至達(dá)到所有支撐點(diǎn)支座反力消失的終態(tài)。

按照卸載方案，模擬過程也分為4步：首先卸除東區(qū)臨時支撐，其次卸除南區(qū)臨時支撐，之后分步卸除西區(qū)臨時支撐，最后分步卸除北區(qū)臨時支撐。拆除過程中，整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力比如圖4所示。從計算結(jié)果可以看出，東西區(qū)域最大豎向位移85 mm，水平位移8.0 mm；南區(qū)最大豎向位移39 mm，水平位移8.3 mm；北區(qū)最大豎向位移105.9 mm，水平位移14.5 mm。拆除東區(qū)臨時支撐，整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比0.81；拆除南區(qū)臨時支撐，整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比0.83；拆除西區(qū)臨時支撐，整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比0.80；拆除北區(qū)臨時支撐，整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比0.82。在整個拆除過程中，整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)變化平穩(wěn)[3-5]。

圖4 拆除各區(qū)格構(gòu)柱時屋面鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力比

3.2.3 卸載過程監(jiān)測

根據(jù)模擬計算分析的結(jié)果，對較大應(yīng)力桿件的應(yīng)變進(jìn)行施工過程監(jiān)測，以確保施工過程中的安全和施工過程可控。

1）支撐監(jiān)測。拆撐過程中應(yīng)有安全員和安全監(jiān)控員全過程監(jiān)測支撐，尤其應(yīng)監(jiān)測支撐下臨時支撐變形等，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告。拆撐過程中安排專門人員負(fù)責(zé)監(jiān)控，監(jiān)測以肉眼觀測和儀器監(jiān)測同時進(jìn)行，觀測臨時支撐立柱及整個系統(tǒng)變形情況。監(jiān)測使用一臺全站儀進(jìn)行，配備專人配合輔助。拆撐過程中，現(xiàn)場范圍內(nèi)嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入，現(xiàn)場設(shè)置警戒線，派專人監(jiān)護(hù)。

2）屋蓋鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測。在拆撐過程中要實(shí)時監(jiān)測，隨時掌握各控制點(diǎn)的變形情況，防止鋼結(jié)構(gòu)在拆撐過程中有與計算結(jié)果較大偏差的情況出現(xiàn)，出現(xiàn)異常情況時應(yīng)該立即停止拆撐，查找好原因并處理完畢后方可繼續(xù)拆撐。在拆撐過程中使用全站儀配備專人負(fù)責(zé)監(jiān)測，每拆撐一步都要有詳細(xì)的監(jiān)測記錄，監(jiān)測記錄要準(zhǔn)確及時并真實(shí)地反映拆撐過程的工況[6-7]。

3.2.4 卸載監(jiān)測控制

卸載前對所有卸載點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測量，從中選出部分點(diǎn)作為卸載過程監(jiān)測點(diǎn)，將監(jiān)測點(diǎn)卸載前、卸載過程中、卸載后的絕對標(biāo)高值進(jìn)行監(jiān)測，作為屋蓋下?lián)峡刂茢?shù)據(jù)。軸線上每榀拱桁架跨度均大于24 m，每榀桁架應(yīng)至少設(shè)置3個監(jiān)測點(diǎn)以對標(biāo)高及坐標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)分別布置在跨中和距支座1/4跨位置，共計54個點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置反光貼，利用全站儀進(jìn)行測量，卸載前先測量一組數(shù)值，卸載后2、5、7 d再各測量1次，每次測量均應(yīng)做好記錄。卸載后下?lián)现挡坏么笥谠O(shè)計值的1.15倍，當(dāng)發(fā)現(xiàn)卸載過程中下?lián)现荡笥谠O(shè)計值1.15倍時，應(yīng)該立即停止卸載，并提交設(shè)計計算[8-9]。

4 結(jié)語

本工程屋面鋼結(jié)構(gòu)懸挑桁架共布置48組格構(gòu)柱支撐，格構(gòu)柱安裝過程中如何加強(qiáng)支撐體系的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，滿足安裝屋面鋼結(jié)構(gòu)的要求是安裝過程的關(guān)鍵；在拆撐過程中需確保桁架從施工工況過渡到設(shè)計工況的安全、變形受控是整個卸載的關(guān)鍵，也是施工難點(diǎn)。