杜 琦，陳 萌，岳海龍，楊盛斌，程敘埕，潘曉波，胡 偉

(中建科工集團有限公司，四川 成都 610040)

大跨度鋼屋蓋結構是公用建筑結構屋蓋的主要結構形式之一，在機場、體育場館、影劇院、候車廳等建筑中應用尤其廣泛。正放四角錐焊接球網架結構作為大跨度屋蓋結構常用的結構形式，具有空間受力小、質量小、剛度大、抗震性能好等優(yōu)點。屋蓋結構采用多點支撐形式，可實現(xiàn)建筑空間靈活布局、外觀漂亮、內部空間大、內部自由度大的要求。為確保網架結構安全、優(yōu)質施工，需根據施工方案采用有限元結構計算軟件進行大量施工計算及施工模擬，以指導現(xiàn)場施工。

1 工程概況

成都天府國際機場位于成都市東南方向的簡陽市蘆葭鎮(zhèn)。T1航站樓平面尺寸1 285m×531m，建筑高度45m，總建筑面積約33.7萬m2，呈倒T形布置，由中央的D區(qū)大廳和外側的A，B，C區(qū)3條指廊組成。航站樓地上4層(局部5層)，地下局部管廊1層，共5層。土建樓層采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，基礎為柱下獨立柱基礎或挖孔灌注樁基礎。

鋼結構屋蓋采用標準高度為4m的正放四角錐焊接球網架，局部通過抽空桿件形成3條折板空腹天窗帶。網架支撐于164根鋼管混凝土柱上方，室外鋼柱通過V形支撐與土建梁內鋼骨梁相連。大廳與指廊的網架間通過300mm防震縫隔開，形成4個基本獨立的結構單元(見圖1)。

圖1 T1航站樓網架示意

A，B，C區(qū)指廊網架平面總投影面積約7.34萬m2，B區(qū)指廊與D區(qū)大廳交界位置的平面窗帶采用圓管相貫桁架連接，A，C區(qū)指廊網架中部各有1條與D區(qū)大廳相連的天窗帶，天窗帶下方部分下弦桿替換為合金鋼拉桿，鋼拉桿共120根，12根為1組，A，C區(qū)指廊各5組(見圖2)。

圖2 A，B，C區(qū)指廊網架示意

D區(qū)大廳網架平面投影面積約10.51萬m2，網架高度1.5～6.4m，最大跨度108m，最大懸挑長度約39m。為體現(xiàn)建筑層次，網架設置3條天窗帶，其中2條較短天窗帶長約270m，高6～7m，另外一條天窗帶與A，C區(qū)指廊相連(見圖3)。

圖3 D區(qū)大廳網架示意

A，C區(qū)指廊鋼拉桿采用650MPa合金鋼拉桿，鎖頭及銷軸耳板材質為Q420B，銷軸材質為40Cr。單組鋼拉桿中間設置撐桿(網架腹桿)，撐桿左、右各配置1對鋼拉桿，拉桿一端與網架焊接球節(jié)點連接，一端與撐桿下中間節(jié)點(工裝索)連接，節(jié)點間均采用銷軸連接，拉桿直徑80mm(見圖4)。

圖4 預應力鋼拉桿節(jié)點示意

2 網架施工關鍵技術

2.1 液壓同步提升技術

A，C區(qū)指廊均分為3個整體提升分區(qū)，在每個分區(qū)內鋼柱柱頂設置提升支架，布置提升吊點(單吊點或雙吊點)，根據施工方法及施工順序通過有限元結構計算軟件對施工全過程進行模擬，在部分下?lián)现递^大位置設置重型支撐胎架作為臨時提升吊點，并再次進行模擬計算，直到網架提升施工各工況網架變形及應力滿足設計及規(guī)范要求，經施工模擬計算，A，C區(qū)指廊均布置39個提升吊點(見圖5)。

圖5 A,C區(qū)指廊提升吊點布置

根據樓層結構、場地道路情況，A區(qū)指廊網架在4層樓面及地面拼裝，C區(qū)指廊網架在3層樓面及地面拼裝。地面分塊網架拼裝完畢后，采取輕型支撐胎架作為分塊網架臨時支撐措施，由220t汽車式起重機將分塊網架吊裝至4層(3層)樓面位置，完成分塊網架與樓面拼裝網架補檔施工，將分塊網架與樓面拼裝網架連接為整體后，進行分區(qū)網架整體提升施工。

考慮A3，C1整體提升分區(qū)內存在面積較大區(qū)域無結構可供拼裝，故對其細化分為累積提升分區(qū)，該區(qū)域網架在地面拼裝完畢后，將其累積提升至4層(3層)樓面位置，完成累積提升分區(qū)與樓面拼裝網架補檔施工，進行分區(qū)網架整體提升施工(見圖6)。

圖6 A,C區(qū)指廊網架分塊分區(qū)示意

2.2 并聯(lián)雙桿液壓張拉技術

指廊鋼拉桿編號如圖7所示。

圖7 A,C區(qū)指廊鋼拉桿編號示意

1)采用先張法進行鋼拉桿張拉，采用工裝螺桿和液壓千斤頂直接對拉兩端網架下弦球節(jié)點，一邊張拉一邊旋轉鋼拉桿的桿體，直至達到所需的張拉力。

此時鋼拉桿的拉力接近0；千斤頂回油，工裝螺桿的張拉力轉移至鋼拉桿上，卸除張拉設備(見圖8)。

圖8 鋼拉桿預應力張拉施工

2)同一組鋼拉桿張拉時，2對(4根)鋼拉桿同時擰緊。

3)張拉分級進行，按照張拉力的不同，分為10級，0—10%—20%—…—100%，每級張拉完成，檢查4根鋼拉桿的擰緊跟進情況。

4)A區(qū)指廊提升時對1～18號及25～30號鋼拉桿進行張拉，張拉完成后提升就位，在鋼結構合龍后，所有鋼拉桿進行一輪復測和補張拉。

5)C區(qū)指廊提升時對1～6號、13～24號及27，28號鋼拉桿進行張拉，張拉完成后提升就位，在鋼結構合龍后，對所有鋼拉桿復測和補張拉。

6)模擬張拉過程中，進行施工全過程力學分析，預控在先。

7)拉索張拉控制采用雙控原則，控制結構內力和變形，其中以控制張拉力為主。

2.3 施工模擬計算

本工程鋼結構安裝中的結構變形主要體現(xiàn)在屋面網架的豎向下?lián)希捎诰W架跨度和自重較大，易產生過大豎向變形。為保證網架安裝卸載后其豎向變形控制在設計范圍內，需對網架進行預變形控制，并進行網架整體提升及預應力張拉施工驗算，保證安裝精度達到設計要求。

2.3.1整體提升模擬計算

采用在深化設計建模時將起拱值加入設計數(shù)據的方法，通過有限元結構計算軟件對原結構施加(1.0恒荷載+0.5活荷載)標準值組合，得到預起拱模型。根據該預起拱模型進行深化出圖及施工過程模擬計算(下文僅以A區(qū)指廊計算為例，C區(qū)指廊不再贅述)。

1)變形計算

根據A區(qū)指廊網架整體提升施工過程驗算結果，A區(qū)指廊在網架整體卸載時，變形值達到最大。最大變形值位于鋼拉桿所在區(qū)域，完成鋼拉桿張拉施工后，變形值得到緩解。

由計算可知，整體卸載最大變形為32.89mm，完成預應力鋼拉桿張拉最大變形為29.37mm，設計狀態(tài)最大變形為32.69mm。因此，安裝過程中A區(qū)指廊的最大豎向變形為32.89mm，網架的跨度為37.2m，跨中允許的豎向變形值為L/400=93mm，滿足規(guī)范要求。

2)應力計算

根據A區(qū)指廊網架整體提升施工過程驗算結果，A區(qū)指廊在網架整體卸載時，應力值達到最大，位于A2區(qū)與A3區(qū)連接位置。

經計算，整體卸載最大應力為171.5MPa，完成預應力鋼拉桿張拉最大應力為-134.0MPa，設計狀態(tài)最大應力為-172.7MPa，小于Q345鋼材強度設計值310MPa，強度驗算滿足規(guī)范要求；安裝過程中，結構處于彈性階段，且桿件受力的安全儲備相對充足，滿足施工要求。

3)應力比計算

根據應力比計算結果，桿件應力比最大值為0.455，小于0.85，滿足規(guī)范要求，且具備較高的安全冗余度。

2.3.2預應力張拉模擬計算

根據A，C區(qū)指廊網架施工流程，設計建議網架分區(qū)整體提升脫胎后進行鋼拉桿張拉，待網架提升就位后對部分鋼拉桿進行補拉調整。鋼拉桿按由左至右順序編號為1～30號，中間節(jié)點(工裝索)按由左至右順序編號為1～15號。本文僅以A區(qū)指廊計算為例，C區(qū)指廊不再贅述。

2.3.2.1工況分析

結合A區(qū)指廊網架分區(qū)整體提升施工流程、網架分區(qū)范圍以及鋼拉桿張拉過程，共設置34個工況：①工況1 A1區(qū)網架整體提升就位；②工況2 A2區(qū)網架整體提升就位并與A1區(qū)網架合龍補檔；③工況3～22 張拉1～10號工裝索，施工順序為 1→3→2→4→6→5→7→9→8→10，此時A2區(qū)網架已施加預應力；④工況23 A3區(qū)網架整體提升就位并與A2區(qū)網架合龍補檔；⑤工況24～29 張拉13～15號工裝索，施工順序為13→14→15；⑥工況31～34 張拉11～12號工裝索，施工順序為12→11，此時所有鋼拉桿已施加預應力。

每根工裝索的張拉過程包含以下2個工況：①工況1 先張法預應力張拉(ZL工況)，采用千斤頂和工裝螺桿進行張拉，使結構鋼拉桿的內力趨于0；②工況2 工裝螺桿預應力釋放(SF工況)，千斤頂回油，工裝螺桿的預應力轉移至結構鋼拉桿中。

為減少張拉設備反復移動，工裝索的張拉基本遵循順序張拉原則，根據工裝索位置可將其分為5組，前4組由于每組中間的鋼拉桿索力較大，故先張拉兩端再張拉中間，以此減少工裝索的最大張拉力。同時，考慮到第4組工裝索靠近提升點，提升點提升吊桿、支架的存在將導致工裝索拉力過大，故將第11，12號工裝索在卸載后張拉。

2.3.2.2張拉計算

1)施工過程計算結果 ①工裝索張拉力最大值1 749kN，最小值895kN；鋼拉桿內力最大值920kN，最小值574kN；②網架桿件最大應力值203.7MPa；③網架豎向位移向上最大值30.4mm，向下最大值31.4mm。

施工過程各工裝索張拉后，ZL工況各工裝索的張拉力值及SF工況各鋼拉桿的內力值如表1所示。

表1 各工裝索及鋼拉桿內力 kN

2)施工完成后計算結果 ①鋼拉桿內力值592～897kN；②網架桿件最大應力值基本不變，最大值106.5MPa，應力水平較低；③網架豎向位移向上最大值8.25mm，向下最大值35.1mm。

施工完成后鋼拉桿的內力值如表2所示。

表2 施工完成后鋼拉桿內力 kN

3)計算結論

整個施工過程中，網架結構桿件內力值均不超過材料屈服強度，滿足結構安全性要求。施工完成狀態(tài)鋼拉桿內力值基本達到設計要求。

2.4 計算與施工對比分析

2.4.1整體提升對比分析

A區(qū)指廊網架安裝采用TLJ-600型與TLJ-2000型液壓提升器、TL-HPS-60型液壓泵源系統(tǒng)及TLC-1.3型計算機同步控制及傳感檢測系統(tǒng)進行整體提升施工。網架脫胎并進行張拉施工后，各監(jiān)測點撓度觀測值如表3所示。

由表3數(shù)據對比鋼拉桿施工過程計算結果可知：網架脫胎并進行鋼拉桿張拉施工后，網架兩側懸挑端向上位移最大值為27mm<30.4mm，向下位移最大值為29mm<31.4mm，跨中(鋼拉桿分布位置)向上位移最大值為28mm<30.4mm，施工過程滿足計算結果要求。

表3 整體提升位移 mm

2.4.2預應力張拉對比分析

A區(qū)指廊鋼拉桿現(xiàn)場采用YCW-100型張拉千斤頂進行張拉施工，通過油壓表讀數(shù)換算出工裝索受力值，通過傳感器讀出鋼拉桿受力值，如表4所示。

表4 鋼拉桿張拉施工參數(shù)

1)對比表1與表4數(shù)據可知，A區(qū)指廊鋼拉桿張拉施工完畢后，完成狀態(tài)鋼拉桿內力值與計算結果施工過程SF工況鋼拉桿內力值相同，滿足計算結果要求。

2)對比表2與表4數(shù)據可知，A區(qū)指廊鋼拉桿張拉施工完畢后，完成狀態(tài)鋼拉桿內力值與計算結果施工完成狀態(tài)鋼拉桿內力值相比略大，滿足計算結果要求。

3)對比表4工裝索拉力值與鋼拉桿內力值可知，工裝索在施加拉力并釋放過程中，預加拉力向鋼拉桿轉移過程產生應力損失為3.56%～5.97%。

根據預應力張拉施工過程及采用施工設備，分析其產生預應力損失原因如下：①工裝螺桿螺紋間隙、鋼拉桿索頭螺紋間隙、工裝螺桿與節(jié)點球工裝耳板間隙造成的初始預應力損失；②網架結構受力后，桿件發(fā)生彈性變形所產生的過程預應力損失。

綜合考慮以上導致鋼拉桿張拉過程中產生的應力損失，故需對鋼拉桿進行一定范圍的超張拉，保證鋼拉桿所受內力值滿足設計要求。

3 結語

根據屋蓋網架整體提升施工方法，結合鋼拉桿預應力張拉施工要求，對比網架整體提升施工計算與預應力張拉計算結果，指導現(xiàn)場施工，實現(xiàn)了施工過程穩(wěn)定、可靠，各項監(jiān)測數(shù)據可控，達到網架安裝滿足設計要求的目的。

1)為保證預應力鋼拉桿張拉后滿足屋蓋網架設計荷載要求，根據設計要求需在網架整體脫胎后進行部分預應力張拉，網架整體提升至設計標高后進行補張拉，使網架整體受力滿足設計要求，最后進行網架補檔施工，并卸載。

2)張拉前、脫胎后、提升就位后、補張拉后均應進行網架位移監(jiān)測，對4輪監(jiān)測數(shù)據進行對比分析，發(fā)現(xiàn)超出標準時進行調整，保證網架安裝精度。

3)為保證指廊網架整體安裝精度，前一分區(qū)邊界位置鋼拉桿采取在后一分區(qū)網架整體提升就位后進行補張拉，分區(qū)間同時調整，保證順利完成補檔，補張拉及調整完成后方可進行分區(qū)間補檔施工。