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首都機(jī)場T3A航站樓超大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：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入手詳細(xì)介紹了北京首都機(jī)場T3A航站樓雙向微曲網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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，對類似特大型工程的施工具有指導(dǎo)作用。
    關(guān) 鍵 詞 雙向微曲網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 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(jī)場3號航站樓T3A主樓屋頂為雙向微曲網(wǎng)架結(jié)構(gòu),外形呈飛行體狀；南北向長約955m,東西向?qū)捈s773m,南端入口處設(shè)大型懸挑；指廊和主體連接處的伸縮縫將整個航站樓屋頂分為三部分，見圖1、圖2。屋頂主體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(nèi)部屋頂?shù)倪B接過渡處設(shè)置了邊桁架和懸挑桁架以滿足曲線及過渡的需要。內(nèi)部網(wǎng)架以螺栓球節(jié)點為主，在內(nèi)力大處使用焊接球節(jié)點；邊桁架周邊主要采用焊接球節(jié)點，內(nèi)部采用直接相貫節(jié)點；懸挑桁架上弦設(shè)置32個鑄鋼節(jié)點。整個屋頂由136根梭形鋼管柱支撐，支座采用鋼棒和鑄鋼節(jié)點與柱頂相連；在每個翼部設(shè)置六個沿屋頂切向的滑動支座，中部設(shè)置4個滑移支座，以便釋放溫度應(yīng)力。

    二 工程特點

    本工程具有以下特點：第一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)外形尺寸、跨度及面積特別大。為便于施工，安裝時需分區(qū)，分區(qū)后在相鄰區(qū)域交界處將形成合攏線，若安裝過程中控制不好，將造成不同分區(qū)難以順利合攏。第二、構(gòu)件數(shù)量多、節(jié)點形式多樣。為滿足各種受力的需要，該工程中使用了多種節(jié)點形式，有螺栓球節(jié)點、焊接球節(jié)點、焊接鼓形節(jié)點及鑄鋼節(jié)點等，不同的節(jié)點形式對施工的要求不一樣，多種節(jié)點形式的綜合應(yīng)用增加了安裝的難度。第三、多種空間結(jié)構(gòu)形式綜合運用，既有空間桁架又有空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，安裝時要統(tǒng)一協(xié)調(diào)、區(qū)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(jié)構(gòu)由桿件和節(jié)點構(gòu)成，因此加工精度的控制可以分解為桿件長度精度的控制和節(jié)點精度的控制。其中節(jié)點精度主要包括螺栓球節(jié)點的螺孔角度、焊接球節(jié)點的尺寸、支座節(jié)點的尺寸及銷軸節(jié)點的尺寸和角度等精度控制。
    （一）桿件長度加工精度控制
    桿件定位焊在標(biāo)準(zhǔn)胎模上進(jìn)行。胎膜的一端設(shè)固定擋板，另一端為可動角尺，在可動端胎膜的側(cè)面刻有尺度，其可視讀數(shù)為0.5mm，見圖3。定位焊時考慮焊接收縮量及溫度的影響，以達(dá)到精確定位的要求。按此方法加工的成品精度可達(dá)±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之間的夾角偏差由規(guī)范規(guī)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(guī)范規(guī)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(shè)備、胎具才能保證加工精度。
    (1) 設(shè)備更新
    為了滿足本工程要求，螺栓球的加工在全新的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行，比原來的加工精度提高了2～3倍，滿足了精度要求。
    (2) 工裝夾具重新設(shè)計
    對使用的工裝夾具進(jìn)行了重新設(shè)計。根據(jù)角度變化的要求，滿足三維坐標(biāo)系中任何角度的需要。每個球節(jié)點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(shù)為2´，螺孔銑平面端面的可視讀數(shù)為0.01mm。利用該儀器可滿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確定。在工廠加工空心球時，首先在空心球的某一對稱軸處（通常為環(huán)焊縫處）畫出對稱軸，然后以此軸線為基準(zhǔn)在球體的垂直方向與球面交點處各鉆一個小孔（孔的直徑及深度均約為3毫米），定位時，只要根據(jù)劃出的軸線和鉆出的小孔作為基準(zhǔn)，即可保證桿件通過空心球的球心。
    （四）支座銷軸處圓孔加工精度的控制
    在銷軸支座處，桿件與支座連接板采用銷軸連接，見圖4。在支座鋼棒上設(shè)一塊鋼板，桿件端頭設(shè)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。這樣在安裝時會造成網(wǎng)架桿件的扭轉(zhuǎn)偏位。因此，在加工時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(shè)備來進(jìn)行鉆孔是很困難的。為此，開發(fā)了專用的加工設(shè)備來進(jìn)行加工，取得了滿意的效果。

    （一）安裝分區(qū)
    根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及總體施工安排，該工程共分7個大區(qū)51個小區(qū)（見圖5）。7個大區(qū)分別為A1、A2、B、C1、C2、D1、D2區(qū)。其中兩翼為A1、A2區(qū)，核心區(qū)為B區(qū)，大懸挑處為C1、C2區(qū)，指廊為D1、D2區(qū)。在每個大區(qū)內(nèi)又分了若干小區(qū)。各區(qū)安裝的先后順序為：
    A1區(qū)：1→2→3； A2區(qū)：4→5→6；
    B區(qū)： 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(qū)：42→43→44→45→46；C2區(qū)：47→48→49→50→51；
    D1區(qū)：7→8→9→10→11； D2區(qū)：12→13→14→15→16。

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

    （三）核心區(qū)（B區(qū)）網(wǎng)架安裝
    該區(qū)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。具體安裝過程如下：
    (1) 在樓面上搭設(shè)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)架下弦中心放線到平臺上，并彈出網(wǎng)架下弦定位的縱橫線，標(biāo)出下弦球節(jié)點的中心點位置；
    (3) 將網(wǎng)架下弦的定位托架按照彈出的下弦中心點位置，依次布置并固定好。
    (4) 將下弦球放入球定位托架內(nèi)，用托架內(nèi)的微調(diào)機(jī)構(gòu)將網(wǎng)架下弦球調(diào)整就位；并再次用全站儀復(fù)核調(diào)整；
    (5) 下弦定位好后，將下弦桿放入并與焊接球先定位點焊，然后進(jìn)行焊接；下弦球為螺栓球時，下弦桿與球連接采用高強(qiáng)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，先定位點焊上弦球與三根腹桿（或?qū)⒏箺U高強(qiáng)螺栓擰入上弦球內(nèi)），然后調(diào)整腹桿與下弦球的尺寸位置。調(diào)整正確后，將腹桿與下弦球定位點焊（或?qū)⒏箺U擰入下弦球，注意應(yīng)按次序擰緊螺栓）；
    (7) 安裝上弦桿與上弦球。安裝上弦桿時，若發(fā)現(xiàn)安裝有困難，可適當(dāng)松動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?qū)⒏邚?qiáng)螺栓擰到位。
    (8) 按照上面方法進(jìn)行下一區(qū)域的網(wǎng)架拼裝，直至整個網(wǎng)架拼裝完成。
    （四）指廊（D區(qū)）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(qū)域采用了平臺滑移法進(jìn)行施工。所搭設(shè)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(jié)約大量的腳手架，并可加快安裝進(jìn)度。見圖8。

    （五）安裝合攏
    網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的合攏是一項難度較大的工序，在施工時應(yīng)盡量減少或避免。由于本工程面積特別大（投影面積近18萬?），同時由于下部結(jié)構(gòu)施工的需要，網(wǎng)架分成了七個大的區(qū)域，由此不可避免地產(chǎn)生了合攏線。為了盡量減少合攏線，充分考慮了施工順序的合理性。最后選擇了A1、A2區(qū)與B區(qū)的兩條合攏線，合攏線長約80m。為保證網(wǎng)架順利合攏，在網(wǎng)架最后合攏施工時，制定了專門的施工措施。
    首先，選擇合適的合攏溫度。合攏時的溫度盡量接近設(shè)計計算平均溫度，即20～25℃，由于本工程合攏線施工時正處秋季，白天溫度較高，因此，合攏時間選擇在傍晚時候。
    其次，做好合攏前的測量工作，合攏前用全站儀對合攏線上的每個球進(jìn)行重新測量，確定出每個球的實際X、Y、Z三維坐標(biāo)；將實際測量的合攏線上每個球節(jié)點的三維坐標(biāo)與設(shè)計的三維坐標(biāo)進(jìn)行核對，利用千斤頂?shù)冗M(jìn)行標(biāo)高矯正，保證兩邊網(wǎng)架撓度一致；同時采用倒鏈對個別節(jié)點的水平X、Y位置進(jìn)行調(diào)整。
    然后，根據(jù)矯正后測量出的各球節(jié)點的三維坐標(biāo)值和設(shè)計值進(jìn)行對比,計算出每個桿件合攏時的長度。由于在整個安裝過程中尺寸控制較好，實測桿件長度與設(shè)計值非常吻合，使合攏過程非常順利。
    合攏時，由多名焊工在規(guī)定的時間和溫度下同時施工，將整個網(wǎng)架在整條合攏線上同時合攏。合攏時從中間向兩邊進(jìn)行焊接，焊接桿件時先焊一端再焊另一端，不能兩端同時焊接，以減少焊接應(yīng)力。

    五 安裝精度的控制

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

    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造成的水平位移約為60mm。因此必須考慮合理選擇安裝時段，減小溫度誤差。

    (2) 翼部與核心區(qū)合攏前

    30度溫差對翼部與中心區(qū)塊的最不利影響是安裝至合攏區(qū)域時，對后續(xù)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，網(wǎng)架的變位并不明顯。只要合理避開溫差過高的安裝時段，可以控制此變形。
    (3) 翼部與核心區(qū)合攏后


    同樣，溫差對主體部分的最不利影響是安裝至網(wǎng)架邊緣位置時造成的x向水平位移約為20mm。由此可見，網(wǎng)架的變位并不明顯。只要合理避開溫差過高的安裝時段，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程中，由于分塊數(shù)量多，體量巨大，安裝累積誤差勢必會很大。因此，本施工方案中對每一分塊網(wǎng)架安裝時都用全站儀進(jìn)行關(guān)鍵點定位，并以柱網(wǎng)為區(qū)塊劃分的基準(zhǔn)，將安裝誤差在本區(qū)塊內(nèi)消除掉，不累積到下一區(qū)段，同時也符合結(jié)構(gòu)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(shè)計。根據(jù)總承包提供的控制點，計算確定出網(wǎng)架定位坐標(biāo)點，然后計算出網(wǎng)架每個球節(jié)點的三維坐標(biāo)；對于溫差產(chǎn)生的位移，在網(wǎng)架深化設(shè)計過程中對部分網(wǎng)架的桿長進(jìn)行了調(diào)整。
    （2） 加工時嚴(yán)格控制構(gòu)件的加工質(zhì)量和精度，確保進(jìn)場安裝的每個構(gòu)件節(jié)點的精度達(dá)到設(shè)計要求（比規(guī)范提高2～3倍）。
    （3） 根據(jù)總承包提供的基準(zhǔn)點引伸到網(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(fù)核，為確保測量精度和網(wǎng)架安裝精度達(dá)到設(shè)計要求，整個支座的測量定位采用全站儀進(jìn)行測量定位。
    （4） 采用水準(zhǔn)儀對各鋼柱頂板進(jìn)行測量，確保頂板平整，板的不平度達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求。
    （5） 對經(jīng)過測量的各支承點的中心軸線都用紅線劃出，高差都在鋼板上用數(shù)據(jù)標(biāo)出，所有測量結(jié)果都在圖紙中記錄，以便安裝時對構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
    （6） 支座安裝前根據(jù)前面的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正和調(diào)整，確保各項參數(shù)達(dá)到設(shè)計及國家規(guī)范要求。
    （7） 安裝定位控制方法：采用全站儀按照深化設(shè)計圖紙的各球節(jié)點的坐標(biāo)彈線放樣到安裝平臺上，并用紅線標(biāo)出球節(jié)點的定位中心；按照放樣彈出的球節(jié)點的定位點，采用定位調(diào)節(jié)托架定位，見圖15；將球節(jié)點裝入定位托架，然后采用全站儀微調(diào)球節(jié)點三維坐標(biāo)，并安裝網(wǎng)架桿件；轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)把桿絲桿將球節(jié)點上調(diào)和下降。

    網(wǎng)架桿件安裝好后，再次采用全站儀復(fù)核各球節(jié)點的三維坐標(biāo)。
    對于超過誤差的球節(jié)點，利用千斤頂、倒鏈、電動葫蘆等進(jìn)行調(diào)整，同時根據(jù)調(diào)整后的測量數(shù)據(jù)，在安裝下榀網(wǎng)架時進(jìn)行反誤差的調(diào)整，確保網(wǎng)架安裝完成后整體尺寸精度誤差達(dá)到設(shè)計要求。

    六.結(jié)束語

    本工程單體面積大，體型復(fù)雜，端部懸挑大，節(jié)點種類多，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(xì)的分析與論證，同時進(jìn)行了多方案的比較和試驗，使得施工非常順利。

    參考文獻(xiàn)

    ［1］ 建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊 中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會編著
    ［2］ 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程 （JGJ7-91）中國建筑工業(yè)出版社，1991
    ［3］ 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程 （JGJ81-91）

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