盐城南洋国际机场 T2 航站楼大型钢结构安装技术初探

陈士凯（浙江江南工程管理股份有限公司， 浙江 杭州 310013）

0 引 言

随着 20 世纪 60 年代钢材获得突破性的发展，各种金属建筑技术日益成熟，钢结构工程出现新的浪潮。接着从70 年代法国巴黎蓬皮杜文化中心的建成，到八九十年代英国斯文登雷诺汽车零件配送中心、中国香港汇丰银行、日本大阪关西国际机场、加拿大多伦多天拱巨馆等的相继建成，钢结构工程技术水平被推上了一个新的高度。与此同时，大跨度钢结构技术也取得了长足发展。例如，1989年建成的多伦多天拱巨馆为开合式穹顶体育场，结构跨度为 205 m，能容纳 7 万人，屋盖关合后可做全封闭有空气调节的体育场，被誉为第三代钢结构体育场典范工程。近年来，我国城市化建设不断发展，钢结构工程建设十分迅猛，科技人员在新型钢结构的选型、稳定性分析、理论计算、节点构造、制作安装和试制试验等方面做了大量的技术性研究工作，取得了丰富的工作成果，彰显出非凡的应用能力。特别是经历了 2008 年北京奥运会场馆建设、2010 年上海世博园区场馆建设，以及亚运会等超大型体育场馆建设，钢结构工程的建设水平总体上趋于成熟。不可否认，与国外先进技术相比，我国的钢结构工程在结构跨度、加工工艺和安装技术等方面存有一定的差距，需进一步提高应用技能。本文依托盐城南洋国际机场 T2 航站楼屋盖工程所采用大型钢结构的施工案例，对大型钢结构安装技术进行梳理、探讨和研究。

1 工程概况

1.1 工程建设概况

盐城国际南洋机场 T2 航站楼工程位于江苏省盐城市亭湖区南洋镇境内，按照“人文科技、绿色环保、现代简洁”理念进行设计，外观为大波浪、大悬挑、曲面空间造型。本工程建筑面积达 49 000 m2，为混凝土框架结构，结构安全等级为一级。航站楼自上而下共设 3 个楼层，分别为出发层、到达层和地下层。航站楼的东南方位为机场空侧机坪区，西北面则为陆侧高架与航站楼的到、发层相衔接。航站楼的建筑高度为 27 m，东西长度为 183.6 m，南北宽度为 75.6 m；地上 2 层、局部地下 1 层，1 层柱距为 18 m×18 m，2 层柱距为 36 m×36 m；由锥形钢管柱、单层网壳屋面、钢雨棚等组成，钢构件材质主要为Q345 B、Q390 B 和 Q390 C。

1.2 屋盖钢结构

屋盖由 18 根直接焊接钢管混凝土柱支承，材质为Q390 B，纵向为 3 列、横向为 6 列，通过柱顶的成品铰支座与钢柱相连。屋盖单层网壳结构由纵横向桁架、天窗及封边梁等组成。屋盖桁架主要由圆管组成，采用相贯焊连接，桁架间通过圆管支撑连接而成。屋盖分布 9 个天窗，单个重量约为 22 t，设计成双层结构：下层为焊接箱型梁，上层为H 型钢组成的类似菱形结构，拼装后整体吊装。

1.3 外露单层网壳结构

外露单层网壳结构为 Q390 C 焊接箱型梁，位于钢屋盖西北侧，总重超过 1 000 t，单根最重为 18 t，外形为大跨度、大波浪、大悬挑、曲面空间造型，单层网壳体由 4 个斜撑通过自身平滑曲线斜向延伸通过地面成品铰支座与承台相连，单层壳体杆件之间的节点均为刚接。

2 工程重难点分析及对策

（1）由于屋盖钢结构工程的空间造型复杂，现场安装杆件定位难度大，需要在深化设计图中反映出各节点的定位坐标，对深化建模的精度要求高。

（2）单层网壳主要构件为箱型梁。由于箱型梁截面大，构件重量重，且为大跨度、大波浪、大悬挑的曲面空间造型，安装难度较大。

（3）桁架最大跨度为 36 m，最高处为 27 m，空间跨度大，高度高，杆件分布范围广、变化大；焊接形式有立焊、平焊、仰焊和斜焊，对电焊人员的技术水平提出很高要求。

考虑到深化建模精度要求高，采用 Tekla Structures专用设计软件进行模型设计。同时，密切关注深化设计，严格执行相关规范，确保连接节点深化设计的准确性。由于现场安装难度大，采取分段安装，即在分段位置设置支撑胎架，胎架之间用桁架连接形成稳定结构，用全站仪进行测量定位以确保安装定位准确。考虑到现场焊接难度大、质量要求高，对焊工资格证及其操作技能进行审查，并组织现场焊接工艺考试评定，合格后方可上岗施焊。

3 开工前的施工准备

3.1 做好施工图纸的会审

施工图纸是对工程质量进行控制的直接依据，图纸会审则是保障完成建设目标的重要手段。对施工图纸进行会审，不仅能及时发现图纸中的相关问题并加以解决，还能帮助各参建单位熟悉图纸、领会设计意图、掌握工程重难点，而且有利于节约工程成本和缩短工期。在会审中应注重以下几点：图纸是否齐全，深化图与结构图中轴线位置是否一致，标高、尺寸是否标注清楚，大样节点是否准确齐全，是否存在违反强制性条文规定等情形。会审后将审查问题整理成稿，由设计单位签署回复意见，作为现场施工依据。

3.2 严格做好方案的编审

根据深化设计图纸、招标文件和验收规范，结合现场实际情况，编制屋盖钢结构工程专项施工方案。经反复对比与论证，参考目前国内机场屋盖钢结构安装方案，采取分区施工、分步安装的原则进行编制：首先分段安装主次桁架，其次安装天窗和单层网壳，最后安装零散构件。方案编制完成后，组织人员进行技术性审核：结合现场情况及图纸要求，重点对涉及施工段的划分、异型构件的制作、三维结构的定位、构件组装的对接、焊接工艺的控制、大型吊装设备的选型、安全技术措施的控制等进行审核。考虑到施工风险大、难点多等因素，组织专家对施工方案进行可行性论证，经修改确认后用于指导施工。

4 施工工艺的技术控制

4.1 流水段划分及桁架编号

屋盖钢结构主桁架长度为 216 m，宽度为 108 m，柱距为 36 m×36 m。考虑到构件需长途运输且安装便利，桁架出厂前被分成若干段，每段长约 18 m，在现场拼装后进行吊装施工。为方便安排组织施工，根据屋盖桁架结构，将整个屋盖结构由东至西分为 3 个施工流水段（1 区、2 区、3 区），并按纵横 2 个方向对屋面桁架进行划分编号，其中横向主桁架编号为 ZHJ-1、ZHJ-2、ZHJ-3，纵向主桁架编号为 ZHJ-4、ZHJ-5、ZHJ-6 （左右对称）。

4.2 钢结构测量工程控制

随着屋盖钢结构桁架及单层网壳发生曲线变化，拼装构件上的节点标高也相应发生变化。因此，正确进行标高控制显得至关重要。由于桁架和网壳采取分段拼装和分段组装的方式，对每段都必须做好节点的三维坐标控制。根据分段情况，节点定位作为控制依据，参照土建的建筑轴线网，选定定位轴线作为控制基线，在此基线上通过解析法找出控制节点的投影与基线的交点，然后分别将相关交点投测到平台上，并与上下弦杆中心投影线相交，可得到上下弦控制节点在水平面上的投影点。通过下弦节点投影调节上弦节点，可控制构件的精确定位。

4.3 支撑胎架的设置

根据屋盖钢结构的安装要求，主桁架、悬挑及封边梁的安装需设置临时胎架作为支撑体系，而胎架支撑体系由格构柱、水平横支撑及缆风绳组成。胎架设置应根据屋盖设计、分段重量和安装高度进行确定，设置位置应偏离主拱节点一定距离，以满足安装及现场焊接的要求。胎架与混凝土结构上的预埋件进行牢固连接。考虑到盐城地区的高频风荷载，为了满足胎架体系的整体稳定，在每根胎架的四周设置 4 根缆风绳。当桁架悬挑长度≥12 m 时，位于悬挑 2/3 位置需设置胎架，以防桁架受力变形。

4.4 屋盖钢结构安装技术控制

4.4.1 屋盖管桁架预拼装

预拼装主要目的是检验桁架的加工制作精度，以便对误差及时进行调整和消除，从而确保不规则的大型构件在现场组装时能顺利对接，从而减少高空安装过程中对构件的调整次数。由于管桁架为不规则曲线结构，对构件的加工制作精度提出了极高要求，出厂前需做好预拼装。通过对大型桁架的预拼装，能够及时掌握桁架的加工制作精度，及时分析产生超标部位的原因并组织调整，以便在后续的加工过程中为满足安装精度要求而作必要的调整与控制。确定预拼装准确无误后，对每个预拼装的接头做好安装标记，然后焊接安装耳板。

4.4.2 屋盖管桁架现场拼装

屋盖管桁架现场拼装前需对场地的地面进行找平，然后采用机械分层碾压至密实，再浇筑厚度为 100 mm 的素混凝土作为拼装场地，以满足桁架拼装所需的平整度和强度。拼装采取多段地面连续卧拼方式，将待安装的上下弦分段杆件依次放入拼装场地，拼装定位时要控制弦杆端口处的坡口间隙尺寸和对接杆件管口的边差，调整好杆件位置后即可连接耳板，用相应规格的安装螺栓拧紧，然后进行点焊定位。在上下弦杆件拼装定位完成后，进行弦杆间的腹杆拼装，腹杆定位拼装与弦杆定位要求相同，在拼装准确后即可焊缝焊接，从中间焊缝开始，依次向外侧进行对称焊接。

4.4.3 屋盖管桁架安装

在锥形柱内的混凝土浇筑、成品支座安装以及区段桁架拼装完成后，即可进入屋盖管桁架的吊装安装环节。安装的顺序：先安装纵、横向主桁架，再安装次桁架，最后安装零散件。考虑到主桁架最大重量 30 t、吊装高度 36 m、吊装半径 18 m，选用 2 台 250 t 履带吊进行吊装；考虑到悬挑桁架吊装最大半径 10 m、吊装高度 35 m、最大起吊重量10 t，选用 130 t 履带吊进行吊装。根据现场施工条件，首先安装 1 区（从 ZHJ-6 向 ZHJ-4 方向进行安装），接着安装 2 区，最后安装 3 区。在安装主桁架时，由于无侧向支撑，当主桁架就位后在桁架两侧设置 2 道缆风绳，从桁架的上弦杆拉设，下端固定在钢柱柱顶的吊耳上，跨中 2 道缆风绳也从桁架上弦杆拉设，且必须牢固固定，在纵横主桁架焊接完成并形成稳定体系后方可拆除缆风绳。

4.4.4 屋面天窗安装

屋面天窗的形状与菱形相似，为双层上下结构，下层为焊接箱型梁，上层为 H 型钢组成的菱形结构，上下两层通过天窗柱连接，箱型梁整体分成 4 段，其形状呈“7”字形。天窗的安装方法：在 4 段“7”字形箱型梁焊接完成并运输至现场后，拼装成下层菱形天窗，采用汽车吊进行整体吊装，四角通过端板与次桁架钢管焊接相连，待下层焊接箱型梁吊装焊接完成、上层 H 型钢单元与天窗柱在地面拼装完成后，再进行整体吊装及焊接作业。

4.4.5 外露单层网壳安装

外露单层网壳由箱型方管钢梁焊接而成的方格网壳结构构件组成，网壳宽度 180 m、高度 22.1 m，最大单根箱型钢梁截面尺寸为 1 200 mm×600 mm×25 mm×25 mm，分段后最大单根钢梁重约 17.966 t，单层网壳底部连接处有4 个“V”字形柱脚支座支撑，顶部与桁架下部相连，形成稳定的网壳结构体系。考虑到单层网壳宽度达 180 m，为提高施工效率和避免累计误差，可采用 100 t 汽车吊和采取“设置支撑胎架，散件原位吊装，由中间向两侧、由底部向顶部”的施工顺序进行单层网格的安装施工。

4.5 钢结构焊接技术控制

焊接技术是钢结构工程质量控制极为重要的环节，根据工程特点，考虑到焊接质量、焊接速度、焊接环境和抗风能力等因素，确定采取 3 种焊接方式：实芯焊丝二氧化碳气护焊、药芯焊丝二氧化碳气护焊和焊条电弧焊。实芯焊丝二氧化碳气护焊主要用于地面焊接以及可搭设防风设施的焊接，药芯焊丝二氧化碳气护焊主要用于仰焊、受风影响的焊缝和返修焊接，焊条电弧焊主要用于点焊、零星焊接和自动焊难焊部位的焊接。施焊前应重点检查焊接件的空间定位和接缝质量，并且将焊缝部位的污垢、锈迹等清除干净，使沟槽露出金属光泽。施焊时可安排 2 名焊工围绕焊缝采取分段对称焊接，以减少焊缝应力；焊接参数应保持一致，每个接头必须连续施焊，直至焊接完毕。对于焊缝容易产生未熔合、咬边、焊瘤、气孔、夹渣和裂纹等质量问题，应选择适当的电流参数和焊接速度，并保持一定的电弧长度。焊条应加强焊前预热、焊后热处理等技术控制措施，对不用的焊条应烘干并保温贮存。

5 结 语

综上所述，盐城南洋国际机场 T2 航站楼屋盖钢结构工程外观为大波浪、大悬挑，结构跨度大，曲面造型复杂，三维空间定位难，构件制作标准高，现场安装难度大。在开工前，对工程施工重难点进行了反复分析与研究，提出了确实可行的施工技法。同时在施工过程中加强了各道工序的技术控制，取得了理想的工作成果，为复杂工况环境下实现大型屋盖钢结构工程安装提供了有益经验。相信未来在国家发展节能建筑政策指引下，钢结构工程必将有更大的发展延伸空间。