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大跨度倾斜反拱曲面造型焊接球钢屋盖翻转累积提升施工技术

2025-09-07 55 上传者：管理员

摘要：以太原武宿国际机场T3航站楼项目为例，对项目南侧钢屋盖焊接球网架结构特点进行分析，并结合混凝土主体结构分布情况、现场施工场地条件及施工机械配置情况，在南侧网架钢屋盖施工中采用在6.5 m、13.5 m、14.8 m标高楼面拼装，分区翻转+累积提升到位的施工方法。该施工方法综合考虑土建分区移交节点及整体提升安全稳定性进行设计，在保证施工安全、质量的同时，经济、高效地完成屋盖钢结构安装，可为类似工程提供一定借鉴和参考。

关键词：
大落差反拱曲面网架
施工模拟
机场航站楼
翻转累积提升
钢结构
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1、工程概况

太原武宿国际机场三期改扩建工程T3航站楼项目为山西省交通强省建设标杆工程｡该工程采用“大港湾+三通道”的三指廊构型,划分为中心区(包括主楼和中指廊)､东指廊､西指廊3个部分｡主楼高屋盖为桁网混合结构,北侧为桁架,南侧为网架结构,高屋盖屋脊及南侧网架中轴位置设置天窗,南北侧均呈凹曲面造型｡

南侧网架为正交斜放四角锥焊接球节点网架结构(见图1),与钢柱采用刚接和铰接两种形式连接,铰接位置为网架下弦设置球铰支座放置在柱顶｡网架节间距4.25m,最大跨度80.5m,最大悬挑8.6m,最大焊接球规格D1200×50,最大圆管截面φ900×45,材质主要为Q355B,局部与钢柱刚接位置杆件材质为Q460GJ｡

图1钢屋盖侧视图

2、钢屋盖安装技术

2.1施工思路

该工程屋盖高差较大,楼板错层多｡为降低屋盖拼装高度,采用累积与翻转相结合的提升工艺｡现场采用汽车吊上楼板拼装,以及原位拼装与分块吊装相结合的方法完成提升单元拼装｡拼装时主檩条､马道､吊挂结构与钢屋盖同步拼装､提升｡以减少高空作业量,保证项目安全､经济､高效实施｡

根据屋盖结构形式､结构楼板布置及高差情况,钢屋盖整体划分为南､北两个区平行施工,而南北区均分3个施工段组织施工｡施工分区划分原则见图2｡

图2施工分区划分原则

2.2现场部署及提升思路

根据现场整体部署,南区网架采用分块拼装分块提升的方法安装,分7个拼装单元,整体分3个提升单元组织施工(见图3)｡施工时N1-1､N2-1､N3-1在13.5m楼板上卧拼,拼装完成后进行翻转[1]｡N1-2及N3-2在6m楼板拼装完成后提升至13.5m标高,分别与N1-1及N3-1拼装为整体｡N2-2a结构在6m楼板拼装完成后进行累积提升[2],N2-2b结构在6m楼板搭设临时拼装支撑架至3层,在3层楼板高度直接与N2-3连接形成整体,N2-1翻转后与N2-2和N2-3拼装为整体[3]｡

图3南区网架施工分区

南区网架分3个大分块提升就位,最大的提升单元二重4900t,有65个吊点,最大的吊点反力1890kN｡

提升单元最大翻转角度9.68°,最大转体高度10.5m,翻转过程中提升单元最大水平位移451mm,提升钢绞线最大夹角2.71°｡钢屋盖翻转+累积提升示意图见图4｡

图4钢屋盖翻转+累积提升示意

2.3施工措施设计

该工程钢屋盖提升架(见图5)主要有两类:第一类提升架是用结构柱设置的提升支架;第二类支架是用塔吊标准节搭设的提升支撑,支撑架底部设置转换平台将提升架荷载转移至混凝土梁上｡

图5钢屋盖提升架示意图

根据不同翻转形态变化,设置翻转提升专用吊具(见图6),解决提升点应力集中问题｡使用正式提升点主受力､辅助提升点进行变形差补偿的方案,解决不同提升分块间变形不协调问题｡

图6旋转下吊具

2.4施工过程模拟分析

2.4.1施工过程模拟计算

采用SAP2000软件,对施工过程中钢结构的受力反应､变形状况和结构稳定性以及支撑的反力等进行模拟分析(见图7)｡从小拼单元拼装,提升单元整拼,分区提升就位,嵌补卸载,对整个过程进行计算｡恒荷载为结构自重,包括杆件､节点､屋面檩条､马道､吊挂结构的重量;可变荷载为风荷载｡吊点位置施加竖向约束和水平弹簧约束的形式模拟钢绞线对吊点的约束｡应力计算时恒荷载分项系数取1.3,风荷载分项系数取1.5,变形计算时不考虑分项系数｡控制原则为提升过程中杆件应力比不超过0.85,卸载完成后钢结构自重情况下应力比不超过0.6,卸载完成后叠加使用工况｡小震工况下,柱及关键构件应力比不超过0.8,其余不超过0.85;中震工况下,柱及关键构件应力比不超过1｡

图7施工过程模拟计算

屋盖设计时按结构整体刚度一次形成考虑,施工时屋盖刚度非一次形成,若施工状态的应力(强度､稳定应力的较大值)与设计状态的应力差值超过30MPa,需将对应杆件截面代换为大截面构件[4]｡经统计(见表1),需要对原设计进行增大截面加固的杆件有972根,占比2.9%｡

表1施工过程杆件应力分布占比

2.4.2施工措施模拟分析

根据各施工过程最不利工况的计算反力,对施工措施进行验算(见图8)｡提升架支座为刚接,荷载为提升架自重及提升吊点反力值｡强度及稳定性验算为1.3恒+1.5活,支座反力及变形为1恒+1活｡施工措施控制应力比≤0.85

图8施工过程模拟计算

使用ANSYS-2021计算软件对旋转吊具进行计算(见图9),边界条件为约束杆件一侧截断面,在地锚与下吊具接触面上施加垂直向上力,力大小以1.5倍最大提升吊点(使用该节点)反力进行计算｡

结构局部产生最大集中应力343.2MPa;90%区域应力不超过220MPa,结构强度满足安全提升要求｡

图9旋转吊具有限元分析

2.5钢屋盖卸载合拢方案

该工程卸载分为钢屋盖拼装卸载及提升就位后卸载｡拼装卸载为提升分块拼装完成后拆除部分支撑点;提升就位卸载为钢屋盖提升就位后完成嵌补杆安装并拆除提升架的过程｡卸载既要确保安全､方便施工,又不能改变设计意图,避免对构件的力学性能产生较大的影响｡卸载思路为北2-1､3-1､1-1提升就位后优先卸载,北1-2与南1形成整体后一起卸载;北3-2与南3形成整体后一起卸载,北2-2和南2区提升就位完成整体合拢后卸载｡

该工程为先卸载后合拢,即北一南一､北三南三提升就位后,完成提升分块与钢柱间嵌补杆安装及分叉柱安装后,分区进行提升器卸载｡北二南二提升就位后完成分块间嵌补杆(合拢段)安装后进行卸载｡钢屋盖见图10｡

图10钢屋盖合拢段

3、结语

根据大跨度倾斜反拱曲面造型焊接球钢屋盖结构形式,结合现场条件和施工工期要求,采用分区错层累积+翻转提升技术进行安装,取得了良好效果｡使用该技术有效减少了高空作业量,在降低安全隐患的同时提高了施工质量效率､减少了现场机械设备投入,并且大幅减少材料的使用量,降低了经济成本｡该工程的按期顺利实施,表明技术方案可行,可为同类型钢结构工程提供借鉴｡

参考文献:

[1]郑德辉,邢海龙,孙元民.大跨度网架非同步翻转提升过程模拟分析[J].施工技术,2016,45(S1):624-628.

[2]游茂云,马宏云.大跨度大落差曲面钢网架累积提升施工技术[J].建筑技术开发,2023,50(7):43-46.

[3]谭清波,张佳健,王云卫,等.大跨度网架分段累积提升施工技术[J].建筑技术开发,2024,51(10):43-45.

[4]顾乐明,周健,李阳,等.太原武宿国际机场T3航站楼主楼屋盖结构设计与研究[J].建筑结构,2024,54(22):48-54.

文章来源:李海文,孙鹏飞,吴闯,等.大跨度倾斜反拱曲面造型焊接球钢屋盖翻转累积提升施工技术[J].安装,2025,(09):58-60.