杭州萧山机场航站楼钢结构的施工

1、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 1 时间：2003-3-25 20:01:20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m 2,总用钢量约5500t。全部钢结构项目，采

2、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，造价 人才网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2219 X 1 6圆管，下弦为1 $ 219 X 16圆管，斜腹 杆由多根$ 102X 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 ,

3、各跨檩条连接后总长235m，共24根，大波浪檩条间距2.43m。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。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 X 10m、10m X 13m、10m X 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$ 119 X 9呈放射形设置的斜拉杆，它的下端吊挂“谷”、“峰”的直边梁。(4)

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，监理工程师论坛荷载通过相关线梁、连梁、边梁 传给编号为P1、P 2、P 3、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

5、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，

6、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在加工构件上标识轴 点。实践证明，采取上述栓临时连接固

7、定；作段在同一平面内的标识拱度能符合设计要求，轴便，确保管桁架与支承圆柱端添焊临时固定的连接钢板便于拼装时螺线编号、拼接位置和便于拼接时控制各制试拼装技术措施后，使拼接和管桁架的起 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 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$ 180 X9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

8、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

9、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

10、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 X厚25m m,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

11、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。225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 X宽400mm X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 0 120mm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。1

12、6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 X 12m,二层楼面为12m X 12m井式梁板结 构。

13、楼层上的多数柱 网扩大为12m X 24m和12m X 36m。楼面井字梁断面宽 1200mm X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 5565m。土建设计提供二层楼面吊装荷载w 6kN/m 2。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，楼位的混凝土拌和楼，西场，而且是即将动工的动况踏勘得知，通往机场工只准通过10t以下车辆。面梁、板绝对不容许出现任何裂缝。候机楼横向

14、的东面是土建施工单 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 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 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,(2)三种吊装施工方案的论证比较 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

15、量小等现实条件也不具备。论证结果对此方案给予否定。 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 只要三榀就能满足要 要求屋面钢结构吊装前翻铺，柱顶铺设桁架每边 进度很紧，机场建设指挥部 进场施工，方案虽好，

16、与实化，随着牵引船的推进，临时桁架反复向 求。优越性更加明显。但整个航站楼施工 ，必须在支承钢筋混凝土柱浇捣一半后就 际要求有矛盾，只好 放弃该方案。 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 X高80mm X宽450mm X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

17、人字扒杆单吊，传给楼面的荷载均为44.5kN/m2 ,小于土建设计提供楼面承受6kN/m 2的荷载，符合土建设计要求。人字扒杆杆径，经计算选用2 0 325X 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

18、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。1520min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

19、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

20、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 P 5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