杭州萧山机场航站楼钢结构的施工.docx

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杭州萧山机场航站楼钢结构的施工

杭州萧山机场航站楼钢结构的施工

作者：

王金花 金维善 居荣初 袁明远    来源：

杭州大地网架制造有限公司

点击数：

285    时间：

2003-3-2520:

01:

20

1  工程概况

    杭州萧山机场是国家民航总局和浙江省“九无”重点建设工程，国内重要干线和国际定期航班机场。

它距杭州市中心27km，占地约484km2，为一次规划，分期建设，分近、中、远三期实施。

航站楼总面积8万余平方米，一期工程总投资27.7亿元。

机场航站楼钢结构项目包括候机楼、候机卫星厅、长廊和连廊钢结构等四个子项。

机场候机楼为两层现浇钢筋混凝土框架，整个屋面钢结构面积3.7万m２，总用钢量约5500t。

全部钢结构项目，采用国际招标选定施工单位，杭州大地网架制造有限公司以自己的技术实力、质量信誉和合理的标准，在中外23家竞争对手中，被选为施工单位。

目前已顺利完成了合同任务，屋面钢结构主体已被评为优质工程。

现将工程实施经验简述于下，供同行参考。

（1）主梁总长为56m，由36m和12m两跨连续钢桁架梁在两端各悬挑4m所构成。

桁架上弦采用2－φ219×１6圆管，下弦为1－φ219×16圆管，斜腹杆由多根φ102×7圆管构成。

由上、下弦及腹杆所组成的管桁架，其截面为不等边三角形，支承于标高16.35m的钢筋混凝土柱顶上。

在管桁架上搁置大波浪钢檩条，其正、反曲率半径30050mm，各跨檩条连接后总长235m ，共24根，大波浪檩条间距2.43m。

（2）主跨两旁设置两边跨，跨长分别为27m和31m的“H”空腹钢梁，支撑在标高1.93m的柱顶上，边跨用小波浪檩条，其正、反曲率半径2750mm，边跨与主跨屋面之间高差部分设置玻璃幕墙。

    （3）候机楼入口，由“谷”、“峰”相间组成的雨篷，其总长235m，投影面积分别为9.6m×10m、10m×13m、10m×23.2m三种。

“谷”、“峰”由正、反圆弧曲面形成。

二者均用箱形截面的曲梁和直梁焊接而成。

钢圆柱伸出于“谷”雨篷的中间位置，柱顶有4根φ119 ×9呈放射形设置的斜拉杆，它的下端吊挂“谷”、“峰”的直边梁。

    （4）卫星厅屋面是由6块单层壳体组成的钢结构。

其中4块壳体为两对水平搁置的圆柱体，外表面经切割、拼装组合，其半径分别为13.04m和54.25m。

其余2块网壳为一对与水平面成一角度的圆柱面，半径为41.153m。

每个壳体曲面沿着圆柱轴向和圆弧向布置成双面正交的“H”钢梁，形成空间结构体系，荷载通过相关线梁、连梁、边梁传给编号为P1、Ｐ２、Ｐ3、Ｐ４、Ｐ５的16榀桁架。

    其余如登机桥等由一般型钢组成平面的钢结构，本文从略。

2  钢结构构件制作

2.1 制作前的准备

（1）根据设计规定使用的钢材类别，规格和质量要求，把好采购材料验收关，检查材料质量合格证书和质保单及钢材外观质量检验，按规范要求，分批检验材料的理化性能。

（2）根据设计图纸要求，向有关部门进行工艺、制作和安装等方面的技术交底，并对构件翻样、焊接、下料等制作全过程进行电脑联网，减少中间环节的差错。

    （3）编制各单元体构件的工艺作业指导书。

承重构件焊缝质量必须达到2级，施焊焊工必须具备操作上岗证，并经过培训和试焊合格后才能上岗操作。

2.2 构件制作

2.2.1 长56m、重18t空间管桁架制作

（1）管桁架全部采用16Mn无缝钢管，斜腹杆与上、下弦杆轴线，均呈空间相交。

制作时，将斜腹管杆两端头部切割成立体曲面，上、下弦圆管切割成立体曲率孔口。

按工艺规程，只有数控相贯线切割机才能满足制作质量要求，因此，该道工序在日本产的空气等离子相贯线切割机上加工，使加工质量得到保证，并确保了加工进度。

（2）管桁架制作分段的选择。

根据制作工艺要求、加工设备条件、运输长度限制等因素，为减少现场拼接点和确保制作质量，管桁架分三段制作。

分段制作的构件在出厂前必须试拼装至56m整长，以保证构件在运往施工现场能顺利拼接。

在试拼接过程中除了要做好构件编号、记录登记和列出清单以外，还要做到以下几点：

    管桁架拼接口设置3块异形插板铁，三角形布置在一端接口，并焊接固定。

拼接时插入另一端接口，作为保持管桁架几何形状和起拱要求之用；

    上下弦圆管拼接口两端添焊临时固定的连接钢板便于拼装时螺栓临时连接固定；

    在加工构件上标识轴线编号、拼接位置和便于拼接时控制各制作段在同一平面内的标识点。

    实践证明，采取上述试拼装技术措施后，使拼接和管桁架的起拱度能符合设计要求，轴线均在同一平面内，尺寸误差小于规范要求，现场拼接操作方便，确保管桁架与支承圆柱中心线相对应。

2.2.2 大波浪檩条制作

    “T”型截面的大波浪檩条支承在间距12m的管桁架上，其上翼缘宽180mm，厚20mm，腹板厚度20mm。

“T”截面下口加焊φ180×９圆管，总高350mm。

要弯曲成正、反曲率，由于檩条本身截面刚度较大，而且曲率误差要符合规范和设计要求，因此难度很大。

（1）檩条制作长度的确定：

大波浪檩条的水平投影制作长度的确定曾提出三种方案：

     从受力性能分析拼接点，选在受力较小范围，选定制作长度分18m和6m两种；

     尽可能减少施工现场拼接点，加快施工进度，选定正、反波组合以24m长度为好；

     从有利于制作、吊装方面考虑，选定水平长度为12m。

    对以上三方案反复分析其利弊，最终选定方案。

其优点是制作段种类、数量减少，制作过程中的曲率半径误差容易控制，拼接点数量虽稍有增加，但拼接点在管桁架上弦平面内，可省去吊装时的大面积操作脚手架，使操作方便、安全，拼装质量有保障。

（2）大波浪檩条的翼缘、腹板、下圆管的曲率成型与结合：

按施工设计图要求，檩条由三杆件焊接组成，是航站楼钢结构项目加工难度比较大的构件。

如果是直线檩条，可采用埋弧焊机加工成型，问题在于三杆件截面焊接后，要形成应有的曲率，既没有现成的加工设备，又一时无处采购。

为了攻克这一难题，采取了以下加工工艺：

    利用现有大型卷板机，改装上自己研制的300t轧辊和曲率成型模夹具，解决了分别压制三杆件曲率的设备；

    将檩条的翼缘、腹板、下圆管，分别在曲率加工设备上压制加工，形成统一的曲度；

    将形成统一曲率的翼缘、腹板、下圆管，用CO２气体保护焊机焊接结合成曲率檩条。

为确保三杆件组合焊接过程产生的变形误差不超过公差范围，在施焊前将三杆件设置在胎模平台上进行拼装，控制拼接尺寸，然后用夹具紧固，再进行施焊，使檩条的曲率都在设计规定范围之内，从而保证了施工进度。

2.2.3 小波浪檩条的制作

    小波浪檩条截面大小与大波浪檩条相同，仅曲率半径有所不同，但制作量大，每根长12m，总量达1560根。

其制作工艺与制作大波浪檩条一样，只需在300t曲率成型加工设备上调换轧辊和曲率成型模具即可。

2.2.4 27m和31m“H”空腹钢梁制作 

    “H”型钢梁截面高度1000mm，上下翼缘宽350mm×厚25mm，腹板厚度25mm。

在腹板内需切割14个半径为200mm、长900mm椭圆形孔而成为空腹梁。

上下翼缘、腹板和其内割孔采用数控多头切割加工；腹板上下端焊接坡口采用数控锁口机加工；由林肯门式埋弧焊机焊接；经翼缘和腹板校正机校正后，由自动喷丸除锈机除锈，使该类构件制作质量做到绝对可靠。

2.2.5 曲面雨篷制作

    整长雨篷由“谷”、“峰”雨篷间隔组成。

雨篷系圆弧曲梁和直线条梁焊接而成，截面尺寸高300mm×宽400mm×壁厚16mm。

先由液压板料折弯机弯曲成箱梁上下曲板，再以手工焊成。

每一雨篷的两边直线箱梁各有一定倾斜度的2－φ120mm留孔，采用数控三维钻床等设备加工。

2.2.6 卫星厅屋面壳体制作

    卫星厅屋面6块单层壳体钢结构，其投影为边长62.77m的正方形，由相贯线梁、连梁、边梁与16榀桁架连接成空间体系。

构件为“H”型截面，分为A、B、C三个系列。

其中A和B系列各有3种规格，C系列有2种规格。

16榀桁架分别编号为P１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５类型。

桁架上下弦、相贯线梁、连梁均为B系列。

桁架腹杆为C系列杆。

壳体几何形状十分复杂。

为了提高刚度和稳定性，设计选用刚性连接，拥有不少非正交空间多杆交汇复杂节点，制作难度大。

经多次电脑翻样核定，又由于设计尺寸不详和存在误差，多次与设计方研究作相应调整。

另外，为了减少现场拼接难度，部分构件事先进行试拼和接长，有些节点进行试装，因而在正式吊装过程中没有遇到大的麻烦，进展顺利。

3  屋面钢结构吊装

3.1 吊装前的准备工作

（1）熟悉施工图和踏勘施工现场：

    土建结构图显示，地下室与底层柱网为12m×12m，二层楼面为12m×12m井式梁板结构。

楼层上的多数柱网扩大为12m×24m和12m×36m。

楼面井字梁断面宽1200mm×高800mm。

候机楼横向两边沿墙间宽度120m，主楼三跨，主跨56m，两旁边跨各24m，基本处于横向宽度的中间。

主跨中到横向两边沿墙55～65m。

土建设计提供二层楼面吊装荷载≤6kN/m２。

经设计院同意，采取适当措施，允许16t汽车吊上楼，但禁止大型吊装机械上楼。

另外，从吊装时施工现场了解到楼面浇注钢筋混凝土面积已达50%，建设单位强调在吊装过程中，楼面梁、板绝对不容许出现任何裂缝。

候机楼横向的东面是土建施工单位的混凝土拌和楼，西面是登机桥基础，南山墙是土建施工钢筋加工场和几百吨钢筋堆积场，而且是即将动工的动力机房位置 ，只有北面山墙边能作为钢构件临时堆场。

从道路情况踏勘得知，通往机场工地只有一条临时黄泥路，路面满是鱼鳞坑，且路上有一座简易桥，只准通过10t以下车辆。

（2）三种吊装施工方案的论证比较

     ①大型机械吊装方案：

主跨56m长的管桁架，基本处于候机楼横向宽度中间，300t吊机最大幅臂点的起吊能力不能满足重达18t管桁架的起吊要求。

使用500t吊机，起吊重量能满足要求，但吊机在登机桥基础间运行有难度，而且吊机停留点使地面附加荷载增加，使地下室外墙主动土压力同步增大，极有可能引起地下室外墙开裂的严重后果。

费用难承受，进入机场区域的临时土路和桥面承重量小等现实条件也不具备。

论证结果对此方案给予否定。

     ②构件在柱顶滑移就位吊装方案：

主跨56m管桁架和两旁边跨27m和31m“H”钢梁，其支承柱顶铺设供滑移用的双轨临时桁架，在双轨上设置固定管桁架、“H”钢梁稳定的拖船。

关桁架在东山墙钢构件堆场拼接后，用50t履带吊机吊至柱顶上。

在西山墙设置牵引设备，由电脑控制两边柱顶拖船滑移速度，使构件运到柱顶就位。

该方案对候机楼钢结构吊装有现实意义。

最初设想柱顶滑移设置临时桁架从东至西满铺，但价格很贵，经改进后，滑移桁架设计成标准化，随着牵引船的推进，临时桁架反复向前翻铺，柱顶铺设桁架每边只要三榀就能满足要求。

优越性更加明显。

但整个航站楼施工进度很紧，机场建设指挥部要求屋面钢结构吊装，必须在支承钢筋混凝土柱浇捣一半后就进场施工，方案虽好，与实际要求有矛盾，只好放弃该方案。

     ③传统的“土法”吊装方案：

56m管桁架采用两副人字扒杆在两端抬吊，而长27m和31m“H”钢梁采用一副人字扒杆直接起吊。

人字扒杆底脚传给楼面有较大的集中荷载，远远超过楼面能承受的荷载力，因而必须采用化整为零的方法。

具体采用底脚增设两根底座钢梁，钢梁长16m×高80mm×宽450mm×壁厚20mm，焊成箱梁。

该梁刚度大，在底部，每间隔1000mm垫长2.5m的枕木，扩散扒杆的集中荷载为均布荷载。

经核算，不论两副人字扒杆抬吊或一副人字扒杆单吊，传给楼面的荷载均为4～4.5kN/m2，小于土建设计提供楼面承受6kN/m２的荷载，符合土建设计要求。

人字扒杆杆径，经计算选用2－φ325×8无缝钢管，长20m。

 用人字扒杆起吊构件就位时，与地面有一定倾角。

当倾角为最大时，人字扒杆加底座高的起吊高度为18.33m，能满足56m管桁架起吊高度。

该方案最终经总工程师认定为航站楼主要构件的吊装方案。

在参加机场航站楼钢结构工程投标的23家钢结构制造商中，提出用这种“土法”吊装施工方案，仅有我公司一家，并受到了机场建设指挥部的赞扬。

3.2 屋面钢结构吊装

（1）56m管桁架和大波浪檩条吊装：

    管桁架按轴线位置、拼接位置、顺序编号，运到吊装现场，用50t履带吊机吊至二层楼面，由特制的拖船牵引至吊装位置，再用16t汽车吊和两副人字扒杆将管桁架吊到拼装架上，拼装成整榀。

但在正式起吊前先进行试吊，将管桁架吊至离地面0.5m左右高度，停留约1h，仔细检查索具、人字扒杆与底座、底座连接或与楼面连接接触受力的情况，有无异常。

一切正常后开始正式起吊，派3人专职指挥控制两副人字扒杆提升速度，要求做到同步上升。

15～20min升至柱项就位。

刚开始起吊，3天吊2榀，进入正常后，4天吊了3榀。

大波浪檩条用16t汽车吊装。

吊装质量，经建设单位、监理检查验收，榀榀合格，十分满意。

（2）“H”空腹梁和小波浪檩条吊装

    跨度24m的“H”钢梁，单面和双面悬挑后分别长27m和31m，采用一副人字扒杆起吊，有了管桁架、大波浪檩条吊装经验，使“H”空腹钢梁与小波浪檩条吊装更顺利。

    （3）雨篷构件吊装：

雨篷构件吊装区域的路面允许通行大型客车，不受荷载制约，又离墙边较近，所以采用机械吊装和支撑相结合的吊装方法。

吊装过程此处从略。

    （4）卫星厅屋面壳体吊装：

卫星厅网壳屋面是四种类型屋面吊装中难度最大的，并非是吊装构件重量重、长度长，主要 是桁架、连梁、边梁、相贯线梁均为立体曲率杆件组合，支承柱JC4或JC5节点处最多有10个构件刚性连接，这些构件不但与水平面有不同夹角，而且各构件间又有不同的角度要求。

支承脚位置一旦超过偏差，弧形构件与两端支承脚就难以相互对接。

接受任务后，在消化施工图的基础上，多次专题研究该屋面的吊装方案，为确保工程吊装质量和施工顺利进行，对构件制作质量提出了严格的要求：

    制作精度要求。

经设计单位同意，制作各构件支承于钢柱节点上悬挑一定长度的各构件支承脚，应用数控定位，不但要控制各构件与水平面之间的夹角，而且要控制各构件间的不同角度，确保各构件位置的正确；

    P３桁架与边梁和P５桁架的连接，整长有45m，从运输、吊装便利考虑，要求P３与边梁以及P５与连梁分段制作，而且在出厂前一定要经过试拼接长；

    有些构件成某一角度与另一构件作“T”型连接，要求制作时在连接位置处确定一个点，将连接角钢固定于该点上，高空定位就以此点为准，便于形成某一角度的连接；

    支承脚两端点之间连接的弧形构件长度要精确控制，避免过长或过短现象的产生。

    由于吊装前考虑比较全面、仔细，制作过程中采用先进的技术、设备加工。

吊装中遇到的麻烦就少。

当然吊装这样复杂的刚性连接网壳屋面要不出一点问题也不现实，尤其是在两支承脚端点之间连接构件过长，在吊装现场采取了两端分别切割磨光的技术措施，确保连接构件位置的正确。

个别构件拼接时焊缝过长，采用单面先垫钢板进行焊接，另一面再贴钢板进行焊接，保证连接节点强度。

    网壳屋面利用了现场有的吊装设备按吊装顺序图（本文略）吊装，这些设备是：

50t履带式吊机沿卫星厅外围，在有效范围内吊装桁架与构件；在二层楼面设置一副人字扒杆，沿二层楼面的天井四周转移，吊装桁架与构件；网壳屋面四角悬挑点，由于悬挑长度长，从落点搭设临时支承分别吊边梁；待网壳屋面主要构件形成整体并稳定后，利用柱和屋面构件支承的摇臂扒杆和小人字扒杆，吊装连接杆件，并从安全角度考虑，在网壳屋面底部设置防坠安全网。

4  结语

（1）杭州国际机场航站楼钢结构工程，质量要求高。

为确保工程创优目标，施工方案及其选择非常重要。

制订正确、合理的施工方案，必须要结合施工现场实际，做到有针对性，这是前提条件。

而要做到这一点，首先要掌握第一手材料，也要依靠长期积累的施工经验，并不断改进和完善。

（2）承建国家重点工程项目，一定要有先进的技术装备和高素质的人才，才能在施工中克服各种困难，解决各种难题，工程质量才能得到保证