首都机场T3A航站楼超大型网架结构施工技术(上)

         一、工程概况

        首都国际机场3号航站楼T3A主楼屋顶网架结构为双曲面微弯外形，呈飞行体状。南北方向长约955m，东西方向宽约773m，其中在航站楼南端入口处有约51m的室外悬挑屋顶。在航站楼的指廊和主体连接处，设置一道温度缝，将整个航站楼屋顶分为三部分。屋顶主体采用空间网架结构，大部分为抽空三角锥形式，局部为三角锥形式。另外为配合屋顶边缘的曲线形式以及悬挑屋顶和内部屋顶的连接过渡，设置了边桁架和悬挑桁架。网架和边桁架杆件采用圆管。内部网架优先选用螺栓球节点，当杆件内力过大，超过高强螺栓最大承载力时，选用了焊接球。边缘边桁架主要采用焊接球节点，内部部分节点为直接相贯连接。在悬臂处的边桁架上弦有32个节点采用了铸钢节点。整个屋顶由136根梭形钢管柱支撑，支座采用钢棒和铸钢节点与柱顶相连。为释放温度内力，在每个翼部设置六个可沿屋顶切向滑动的支座，另外在网架中部也设置了4个滑移支座，共16个滑动支座。屋面南端设置悬挑网架，最大悬挑长度约为51m。

图1  总体效果图

 

图2  位置图

        二、工程特点

        本工程具有以下特点：第一、网架结构外形尺寸、跨度及面积特别大，施工时要进行分区，形成了合拢线。若安装过程中控制不好，将造成不同分区难以顺利合拢。第二、构件数量多、节点形式多样，有螺栓球节点、焊接球节点、焊接鼓形节点及铸钢节点等，不同的节点形式对施工的要求不一样，多种节点形式混合应用增加了安装的难度。第三、多种空间结构形式综合运用，既有空间桁架又有空间网架结构，安装时要统一协调、区别对待。第四、由于面积特别大，需充分考虑施工误差的影响。

        三、加工精度控制方法

        网架结构由许多杆件和节点构成，因此加工精度的控制可以分解为杆件长度的控制和节点精度的控制。而节点精度主要包括螺栓球节点的螺孔角度、焊接球节点的尺寸精度、支座节点的尺寸精度及销轴节点的尺寸和角度精度。

 

        (一)杆件加工精度的控制

        杆件定位焊在标准胎模上进行。在胎模上设置游标卡尺，可视读数为0.01mm。测量杆件定位焊时，在考虑焊接收缩量同时，考虑温度修正，以达到精确定位要求。

        焊接完成后的杆件在标准胎模上测量，当杆件长度偏差超过±0.5mm时，则采用数控机床进行修整。

        (二)螺栓球节点加工精度的控制

        本工程螺栓球加工要求螺孔轴线之间的夹角偏差不大于±10’，螺纹公差与之匹配。球心到螺孔端面距离的偏差为±0．1mm。该项超出了网架规范的精度要求，因此必须对以往的螺栓球加工工艺重新评定，采用先进工艺、先进设备、先进胎具来保证加工精度。

        1．设备更新

        为了满足本工程要求，螺栓球的加工在数控机床上进行加工，比原来的加工精度提高了3-4倍，满足了精度要求。

        2．工装夹具重新设计

        对使用的工装夹具进行了重新设计。根据角度变化的要求，满足三维坐标系中任何角度的需要。每个球节点一次装夹一次加工完成，提高了定位精度。

        3．成品螺栓球的检测

        加工完成的螺栓球由LQY-1型螺栓球检测仪进行螺孔夹角和螺孔铣平面端面距离的精度检测。该仪器螺孔夹角可视读数为2’，螺孔铣平面端面的可视读数为0.01mm。利用该仪器可满足螺孔夹角允许偏差≤±10’和螺孔两铣平面端面距离允许偏差±0．1mm的要求。

        (--)焊接球球心定位

        桁架和焊接球网架的现场拼装杆件在焊接球上位置通过焊接球上的形心确定。在工厂加工空心球时，在球体的一个对称轴与球面交点处各钻一个小孔(孔的直径及深度均约为3毫米)，测量时，只要测量球的两个小孔位置，若球的两个小孔的空间位置准确，则球心位置也近似准确。

        (四)支座销轴处圆孔加工精度的控制

        在销轴支座处，网架杆件同支座连接板采用销轴连接的形式，见图4。在支座钢棒上设一块钢板，杆件端头设两块钢板，最厚钢板厚80mm，如采用三块板分别钻孔再连接的方式，容易造成三块板在焊完后相互错位的情况。这样在安装时会造成网架杆件的扭转偏位。因此，在加工时将三块板先焊接完后再进行钻孔，以确保孔的加工精度。由于钢板很厚，采用一般的设备来进行钻孔是很困难的。为此，开发了专用的加工设备来进行加工，取得了满意的效果。

 

图4  销轴支座示意图

        四、安装方法

        (一)安装分区

        根据结构特点及总体施工安排，该工程共分7个大区51个小区(见图5)。7个大区分别为A1、A2、B、C1、C2、D1、D2区。其中两翼部份为A1、A2区，核心区为B区，大悬挑处为c1、C2区，指廊部份为工M、D2区。在每个大区内又分了若干小区。各区安装的先后顺序为：

A1区：4→5→6；A2区：1→2→3；

B区：7→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区：42→43→44→45→46；

C2区：47→48→49→50→51；

D1区：16→14→12→10→8；

D2区：15→13→11→9→7

 

图5  网架总体分区及安装流程图

 

图6  合拢区域

        (二)桁架的安装

        本工程的桁架安装主要有两类：一是指廊内侧桁架的安装，二是外侧周边桁架安装。指廊内侧桁架按每个柱距分成二段进行吊装；外侧周边桁架按每个柱距整段吊装。吊装设备采用150吨履带吊。在桁架内侧均设置临时支架。图7所示为指廊桁架吊装示意图。

 

图7  合拢区域

        (三)核心区B区网架的安装

        该区网架采用在操作平台上高空散装法进行安装。具体安装过程如下：

        1、在楼面上搭设与网架曲面基本吻合的拼装平台；

        2、采用经纬仪和全站仪将网架下弦中心放线到平台上，并弹出网架下弦定位的纵横线，标出下弦球节点的中心点位置；

        3、将网架下弦的定位托架按照弹出的下弦中心点位置，依次布置并固定好。

        4、将下弦球放入球定位托架内，用托架内的微调机构将网架下弦球调整就位；并再次用全站仪复核调整；

        5、下弦定位好后，将下弦杆放入并与焊接球先定位点焊，然后进行焊接；下弦球为螺栓球时，下弦杆与球连接采用高强螺栓并一次拧紧到位；

        6、按上面方法安装三至四榀下弦后，安装上弦球和腹杆。安装上弦球时，先定位点焊上弦球与三根腹杆(或将腹杆高强螺栓拧入上弦球内，然后调整腹杆与下弦球的尺寸位置。调整正确后，将腹杆与下弦球定位点焊(或将腹杆拧入下弦球，注意应按次序拧紧螺栓)；

        7、安装上弦杆与上弦球连接。安装上弦杆时，若发现安装有困难，可适当松动腹杆与下弦球的位置。上弦球全部放入后即可进行焊接，或将高强螺栓拧到位。

        8、按照上面方法进行下一区域的网架拼装，直至整个网架拼装完成。

         (四)指廊D区的安装

        指廊网架的安装因下部的楼层部份比较平整，而且此段网架外形为单向弧形：网架跨度也不大。因此在本区域采用了平台滑移法进行施工。所搭设的平台曲率接近于网架的蓝率，平台在楼面上进行滑移施工。

        采用滑移法进行施工，可节约大量的脚手架，并可加快安装进度。见图8。

 

图8  指廊网架拼装滑移平台立面

(未完待续)