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首都機場(chǎng)T3A航站樓超大型網(wǎng)架結構施工技術(shù)

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    （浙江東南網(wǎng)架股份有限公司 杭州 311209）

    摘 要 本文從分析工程特點(diǎn)入手詳細介紹了北京首都機場(chǎng)T3A航站樓雙向微曲網(wǎng)架結構加工精度控制方法、安裝方法及安裝精度控制方法；這些方法有效地保證了本工程施工質(zhì)量及施工進(jìn)度，對類(lèi)似特大型工程的施工具有指導作用。
    關(guān) 鍵 詞 雙向微曲網(wǎng)架結構 加工精度控制 安裝方法 安裝精度控制


    一 工程概況

    首都國際機場(chǎng)3號航站樓T3A主樓屋頂為雙向微曲網(wǎng)架結構,外形呈飛行體狀；南北向長(cháng)約955m,東西向寬約773m,南端入口處設大型懸挑；指廊和主體連接處的伸縮縫將整個(gè)航站樓屋頂分為三部分，見(jiàn)圖1、圖2。屋頂主體網(wǎng)格結構形式大部分為抽空三角錐形式,局部為三角錐形式；屋頂邊緣及懸挑屋頂和內部屋頂的連接過(guò)渡處設置了邊桁架和懸挑桁架以滿(mǎn)足曲線(xiàn)及過(guò)渡的需要。內部網(wǎng)架以螺栓球節點(diǎn)為主，在內力大處使用焊接球節點(diǎn)；邊桁架周邊主要采用焊接球節點(diǎn)，內部采用直接相貫節點(diǎn)；懸挑桁架上弦設置32個(gè)鑄鋼節點(diǎn)。整個(gè)屋頂由136根梭形鋼管柱支撐，支座采用鋼棒和鑄鋼節點(diǎn)與柱頂相連；在每個(gè)翼部設置六個(gè)沿屋頂切向的滑動(dòng)支座，中部設置4個(gè)滑移支座，以便釋放溫度應力。

    二 工程特點(diǎn)

    本工程具有以下特點(diǎn)：第一、網(wǎng)架結構外形尺寸、跨度及面積特別大。為便于施工，安裝時(shí)需分區，分區后在相鄰區域交界處將形成合攏線(xiàn)，若安裝過(guò)程中控制不好，將造成不同分區難以順利合攏。第二、構件數量多、節點(diǎn)形式多樣。為滿(mǎn)足各種受力的需要，該工程中使用了多種節點(diǎn)形式，有螺栓球節點(diǎn)、焊接球節點(diǎn)、焊接鼓形節點(diǎn)及鑄鋼節點(diǎn)等，不同的節點(diǎn)形式對施工的要求不一樣，多種節點(diǎn)形式的綜合應用增加了安裝的難度。第三、多種空間結構形式綜合運用，既有空間桁架又有空間網(wǎng)架結構，安裝時(shí)要統一協(xié)調、區別對待。第四、由于面積特別大，需充分考慮施工誤差的影響。

    三 加工精度控制方法

    網(wǎng)架結構由桿件和節點(diǎn)構成，因此加工精度的控制可以分解為桿件長(cháng)度精度的控制和節點(diǎn)精度的控制。其中節點(diǎn)精度主要包括螺栓球節點(diǎn)的螺孔角度、焊接球節點(diǎn)的尺寸、支座節點(diǎn)的尺寸及銷(xiāo)軸節點(diǎn)的尺寸和角度等精度控制。
    （一）桿件長(cháng)度加工精度控制
    桿件定位焊在標準胎模上進(jìn)行。胎膜的一端設固定擋板，另一端為可動(dòng)角尺，在可動(dòng)端胎膜的側面刻有尺度，其可視讀數為0.5mm，見(jiàn)圖3。定位焊時(shí)考慮焊接收縮量及溫度的影響，以達到精確定位的要求。按此方法加工的成品精度可達±0.5mm。

    （二）螺栓球加工精度控制
    本工程螺栓球加工要求螺孔軸線(xiàn)之間的夾角偏差由規范規定的±30′提高到±10′，螺紋公差與之匹配。球心到螺孔端面距離的偏差由規范規定的±0.2mm提高到±0.1mm。因此必須對以往的螺栓球加工工藝重新評定，采用更加先進(jìn)的工藝、設備、胎具才能保證加工精度。
    (1) 設備更新
    為了滿(mǎn)足本工程要求，螺栓球的加工在全新的數控機床上進(jìn)行，比原來(lái)的加工精度提高了2～3倍，滿(mǎn)足了精度要求。
    (2) 工裝夾具重新設計
    對使用的工裝夾具進(jìn)行了重新設計。根據角度變化的要求，滿(mǎn)足三維坐標系中任何角度的需要。每個(gè)球節點(diǎn)一次裝夾一次加工完成，提高了定位精度。
    (3) 成品螺栓球的檢測
    加工完成的螺栓球由專(zhuān)用螺栓球檢測儀進(jìn)行螺孔夾角和螺孔銑平面端面距離的精度檢測。該儀器螺孔夾角可視讀數為2´，螺孔銑平面端面的可視讀數為0.01mm。利用該儀器可滿(mǎn)足螺孔夾角允許偏差±10´和螺孔兩銑平面端面距離允許偏差±0.1mm的要求。
    （三）焊接球球心定位
    桿件在焊接球上位置由焊接球上的形心軸端點(diǎn)確定。在工廠(chǎng)加工空心球時(shí)，首先在空心球的某一對稱(chēng)軸處（通常為環(huán)焊縫處）畫(huà)出對稱(chēng)軸，然后以此軸線(xiàn)為基準在球體的垂直方向與球面交點(diǎn)處各鉆一個(gè)小孔（孔的直徑及深度均約為3毫米），定位時(shí)，只要根據劃出的軸線(xiàn)和鉆出的小孔作為基準，即可保證桿件通過(guò)空心球的球心。
    （四）支座銷(xiāo)軸處圓孔加工精度的控制
    在銷(xiāo)軸支座處，桿件與支座連接板采用銷(xiāo)軸連接，見(jiàn)圖4。在支座鋼棒上設一塊鋼板，桿件端頭設兩塊鋼板，最厚鋼板為80mm,如采用三塊板分別鉆孔再連接的方式，容易造成三塊板在焊完后相互錯位的情況。這樣在安裝時(shí)會(huì )造成網(wǎng)架桿件的扭轉偏位。因此，在加工時(shí)將三塊板先焊接完后再進(jìn)行鉆孔，以確?？椎募庸ぞ?。由于鋼板很厚，采用一般的設備來(lái)進(jìn)行鉆孔是很困難的。為此，開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的加工設備來(lái)進(jìn)行加工，取得了滿(mǎn)意的效果。

    （一）安裝分區
    根據結構特點(diǎn)及總體施工安排，該工程共分7個(gè)大區51個(gè)小區（見(jiàn)圖5）。7個(gè)大區分別為A1、A2、B、C1、C2、D1、D2區。其中兩翼為A1、A2區，核心區為B區，大懸挑處為C1、C2區，指廊為D1、D2區。在每個(gè)大區內又分了若干小區。各區安裝的先后順序為：
    A1區：1→2→3； A2區：4→5→6；
    B區： 17→18→19→20→21→22→23→24→25→26→27→28→29→30→31→32→33→34→35→36→37→38→39→40→41；
    C1區：42→43→44→45→46；C2區：47→48→49→50→51；
    D1區：7→8→9→10→11； D2區：12→13→14→15→16。

    （二）桁架的安裝
    本工程的桁架安裝主要有兩類(lèi)：一是指廊內側桁架的安裝，二是外側周邊桁架安裝。指廊內側桁架按每個(gè)柱距分成二段進(jìn)行吊裝；外側周邊桁架按每個(gè)柱距整段吊裝。吊裝設備采用150噸履帶吊。在桁架內側均設置臨時(shí)支架。圖7所示為指廊桁架吊裝示意圖。

    （三）核心區（B區）網(wǎng)架安裝
    該區網(wǎng)架采用在操作平臺上高空散裝法按劃分順序進(jìn)行安裝。具體安裝過(guò)程如下：
    (1) 在樓面上搭設與網(wǎng)架曲面基本吻合的拼裝平臺；
    (2) 采用經(jīng)緯儀和全站儀將網(wǎng)架下弦中心放線(xiàn)到平臺上，并彈出網(wǎng)架下弦定位的縱橫線(xiàn)，標出下弦球節點(diǎn)的中心點(diǎn)位置；
    (3) 將網(wǎng)架下弦的定位托架按照彈出的下弦中心點(diǎn)位置，依次布置并固定好。
    (4) 將下弦球放入球定位托架內，用托架內的微調機構將網(wǎng)架下弦球調整就位；并再次用全站儀復核調整；
    (5) 下弦定位好后，將下弦桿放入并與焊接球先定位點(diǎn)焊，然后進(jìn)行焊接；下弦球為螺栓球時(shí)，下弦桿與球連接采用高強螺栓并一次擰緊到位；
    (6) 按上面方法安裝三至四榀下弦后，安裝上弦球和腹桿。安裝上弦球時(shí)，先定位點(diǎn)焊上弦球與三根腹桿（或將腹桿高強螺栓擰入上弦球內），然后調整腹桿與下弦球的尺寸位置。調整正確后，將腹桿與下弦球定位點(diǎn)焊（或將腹桿擰入下弦球，注意應按次序擰緊螺栓）；
    (7) 安裝上弦桿與上弦球。安裝上弦桿時(shí)，若發(fā)現安裝有困難，可適當松動(dòng)腹桿與下弦球的位置。上弦球全部放入后即可進(jìn)行焊接，或將高強螺栓擰到位。
    (8) 按照上面方法進(jìn)行下一區域的網(wǎng)架拼裝，直至整個(gè)網(wǎng)架拼裝完成。
    （四）指廊（D區）安裝
    指廊網(wǎng)架的安裝因下部的樓層比較平整，而且此段網(wǎng)架外形為單向弧形，網(wǎng)架跨度也不大。因此在本區域采用了平臺滑移法進(jìn)行施工。所搭設的平臺曲率接近于網(wǎng)架的曲率，平臺在樓面上進(jìn)行滑移施工。采用滑移法進(jìn)行施工，可節約大量的腳手架，并可加快安裝進(jìn)度。見(jiàn)圖8。

    （五）安裝合攏
    網(wǎng)架結構的合攏是一項難度較大的工序，在施工時(shí)應盡量減少或避免。由于本工程面積特別大（投影面積近18萬(wàn)?），同時(shí)由于下部結構施工的需要，網(wǎng)架分成了七個(gè)大的區域，由此不可避免地產(chǎn)生了合攏線(xiàn)。為了盡量減少合攏線(xiàn)，充分考慮了施工順序的合理性。最后選擇了A1、A2區與B區的兩條合攏線(xiàn)，合攏線(xiàn)長(cháng)約80m。為保證網(wǎng)架順利合攏，在網(wǎng)架最后合攏施工時(shí)，制定了專(zhuān)門(mén)的施工措施。
    首先，選擇合適的合攏溫度。合攏時(shí)的溫度盡量接近設計計算平均溫度，即20～25℃，由于本工程合攏線(xiàn)施工時(shí)正處秋季，白天溫度較高，因此，合攏時(shí)間選擇在傍晚時(shí)候。
    其次，做好合攏前的測量工作，合攏前用全站儀對合攏線(xiàn)上的每個(gè)球進(jìn)行重新測量，確定出每個(gè)球的實(shí)際X、Y、Z三維坐標；將實(shí)際測量的合攏線(xiàn)上每個(gè)球節點(diǎn)的三維坐標與設計的三維坐標進(jìn)行核對，利用千斤頂等進(jìn)行標高矯正，保證兩邊網(wǎng)架撓度一致；同時(shí)采用倒鏈對個(gè)別節點(diǎn)的水平X、Y位置進(jìn)行調整。
    然后，根據矯正后測量出的各球節點(diǎn)的三維坐標值和設計值進(jìn)行對比,計算出每個(gè)桿件合攏時(shí)的長(cháng)度。由于在整個(gè)安裝過(guò)程中尺寸控制較好，實(shí)測桿件長(cháng)度與設計值非常吻合，使合攏過(guò)程非常順利。
    合攏時(shí)，由多名焊工在規定的時(shí)間和溫度下同時(shí)施工，將整個(gè)網(wǎng)架在整條合攏線(xiàn)上同時(shí)合攏。合攏時(shí)從中間向兩邊進(jìn)行焊接，焊接桿件時(shí)先焊一端再焊另一端，不能兩端同時(shí)焊接，以減少焊接應力。

    五 安裝精度的控制

    對于超大型網(wǎng)架結構，如何確保安裝精度，應從三個(gè)方面加以控制：加工精度、安裝誤差及溫度影響。
    （一）溫度影響
    本工程結構平面尺寸超長(cháng)，因此溫度效應非常明顯。在結構設計時(shí)，已經(jīng)考慮了溫度的影響，設置了伸縮縫及滑動(dòng)支座等構造措施。在施工過(guò)程中，結構對于溫度的影響同樣是非常敏感的。設計要求結構在施工過(guò)程中溫差考慮正30度，負20度。
    在結構分塊拼裝的過(guò)程中，安裝就位部分的網(wǎng)架結構在溫差作用下會(huì )對后續待安裝部分的結構有影響。隨著(zhù)單體體量的增大，越到后面，溫度的影響越顯著(zhù)。在這種情況下，必須控制結構的水平伸長(cháng)量，否則將影響結構的安裝精度。
    下面對影響最顯著(zhù)的施工階段的溫度效應做驗算分析。
    (1) 指廊
    指廊對溫差最敏感的時(shí)候也就是安裝最后一個(gè)分塊的時(shí)候。

    可以看出30度溫差對指廊的影響是存在的，最不利影響是安裝至伸縮縫位置時(shí)造成的水平位移約為60mm。因此必須考慮合理選擇安裝時(shí)段，減小溫度誤差。

    (2) 翼部與核心區合攏前

    30度溫差對翼部與中心區塊的最不利影響是安裝至合攏區域時(shí)，對后續安裝造成不利影響的水平位移主要為x及y方向40mm左右。由此可見(jiàn)，網(wǎng)架的變位并不明顯。只要合理避開(kāi)溫差過(guò)高的安裝時(shí)段，可以控制此變形。
    (3) 翼部與核心區合攏后


    同樣，溫差對主體部分的最不利影響是安裝至網(wǎng)架邊緣位置時(shí)造成的x向水平位移約為20mm。由此可見(jiàn)，網(wǎng)架的變位并不明顯。只要合理避開(kāi)溫差過(guò)高的安裝時(shí)段，可以控制此變形。
    （二）安裝誤差控制與消除
    主體與指廊部分在安裝過(guò)程中，由于分塊數量多，體量巨大，安裝累積誤差勢必會(huì )很大。因此，本施工方案中對每一分塊網(wǎng)架安裝時(shí)都用全站儀進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)定位，并以柱網(wǎng)為區塊劃分的基準，將安裝誤差在本區塊內消除掉，不累積到下一區段，同時(shí)也符合結構受力特性。安裝誤差的控制與消除措施主要有以下幾方面：
    （1） 深化設計。根據總承包提供的控制點(diǎn)，計算確定出網(wǎng)架定位坐標點(diǎn)，然后計算出網(wǎng)架每個(gè)球節點(diǎn)的三維坐標；對于溫差產(chǎn)生的位移，在網(wǎng)架深化設計過(guò)程中對部分網(wǎng)架的桿長(cháng)進(jìn)行了調整。
    （2） 加工時(shí)嚴格控制構件的加工質(zhì)量和精度，確保進(jìn)場(chǎng)安裝的每個(gè)構件節點(diǎn)的精度達到設計要求（比規范提高2～3倍）。
    （3） 根據總承包提供的基準點(diǎn)引伸到網(wǎng)架的各支座，對上道工序移交的網(wǎng)架支座的柱頂位置進(jìn)行復核，為確保測量精度和網(wǎng)架安裝精度達到設計要求，整個(gè)支座的測量定位采用全站儀進(jìn)行測量定位。
    （4） 采用水準儀對各鋼柱頂板進(jìn)行測量，確保頂板平整，板的不平度達到設計和規范要求。
    （5） 對經(jīng)過(guò)測量的各支承點(diǎn)的中心軸線(xiàn)都用紅線(xiàn)劃出，高差都在鋼板上用數據標出，所有測量結果都在圖紙中記錄，以便安裝時(shí)對構件進(jìn)行適當的調整。
    （6） 支座安裝前根據前面的測量數據進(jìn)行必要的修正和調整，確保各項參數達到設計及國家規范要求。
    （7） 安裝定位控制方法：采用全站儀按照深化設計圖紙的各球節點(diǎn)的坐標彈線(xiàn)放樣到安裝平臺上，并用紅線(xiàn)標出球節點(diǎn)的定位中心；按照放樣彈出的球節點(diǎn)的定位點(diǎn)，采用定位調節托架定位，見(jiàn)圖15；將球節點(diǎn)裝入定位托架，然后采用全站儀微調球節點(diǎn)三維坐標，并安裝網(wǎng)架桿件；轉動(dòng)調節把桿絲桿將球節點(diǎn)上調和下降。

    網(wǎng)架桿件安裝好后，再次采用全站儀復核各球節點(diǎn)的三維坐標。
    對于超過(guò)誤差的球節點(diǎn)，利用千斤頂、倒鏈、電動(dòng)葫蘆等進(jìn)行調整，同時(shí)根據調整后的測量數據，在安裝下榀網(wǎng)架時(shí)進(jìn)行反誤差的調整，確保網(wǎng)架安裝完成后整體尺寸精度誤差達到設計要求。

    六.結束語(yǔ)

    本工程單體面積大，體型復雜，端部懸挑大，節點(diǎn)種類(lèi)多，所以對網(wǎng)架的安裝提出了很高的要求。由于在施工前進(jìn)行了詳細的分析與論證，同時(shí)進(jìn)行了多方案的比較和試驗，使得施工非常順利。

    參考文獻

    ［1］ 建筑鋼結構施工手冊 中國鋼結構協(xié)會(huì )編著(zhù)
    ［2］ 網(wǎng)架結構設計與施工規程 （JGJ7-91）中國建筑工業(yè)出版社，1991
    ［3］ 建筑鋼結構焊接規程 （JGJ81-91）

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