首都机场T3A航站楼超大型网架结构的施工技术
2023-10-11
来源:易榕旅网
维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术 首都机场T3A航站楼超大型网架结构的施工技术 冯小平 段(卣都机场扩建 程指挥部敏 周观根 严永忠 -lt.g. 100000)(N ̄INN网架股份有限公司 杭州 311209) 摘 要 从分析工程特点入手,详细介绍了北京首都机场T3A航站楼网架结构加工精度控制方法、安装方法及安 装精度控静】方法,这些方法有效地保证了施工质量及施工进度,对类似工程的施工具有指导作用。 关键词 网架结构 加工精度控制 安装方法 安装精度控制 CONSTRUCTION TECHNOLOGY OF SUPER LARGE LATTICED FRAME OF TERMINAL BUILDING(T3A)FOR CAPITAL AIRPORT Feng Xiaoping Duan Min (Headquarters of Capital Airport Extension Project Beijing 100000) Zhou Guangen Yan Yongzhong (Zheiiang Southeast Latticed Frame Co.,Ltd、Hangzhou 31 1209) ABSTRACT Starting with analysis of project characters,it was introduced in detail that control of processing accuracy, erection methods and control of erection precision of latticed frame of the terminal building(T3A)for Capital Airport, These methods guaranteed effectively the quality and schedule of the construction,which provided a guide to the construction of similar projects. KEY WORDS latticed frame control of processing accuracy erection method control of erection precision 梭形钢管柱支承,支座采用钢棒和铸钢节点与柱]l 1工程概况 相连;在每个翼部设置6个沿屋顶切向的滑动支座, 首都国际机场3号航站楼T3A主楼屋架为网 中部设置4个滑移支座,以便释放温度应力。 架结构,外形呈飞行体状;南北向长约955 m,东西 向宽约773 no_,南端入口处设大型悬挑;指廊和主体 连接处的伸缩缝将整个航站楼屋顶分为3部分,见 图1、图2。屋顶主体网格结构形式大部分为抽空三 角锥形式,局部为三角锥形式;在屋顶边缘及悬挑屋 顶和内部屋顶的连接过渡处设置了边桁架和悬挑桁 架,以满足曲线及过渡的需要。内部网架以螺栓球 N 节点为主,在内力大处使用焊接球节点;边桁架周边 主要采用焊接球节点,内部采用直接相贯节点;悬挑 图2位置示意 桁架上弦设置32个铸钢节点。整个屋架由136根 2工程特点 本工程具有以下特点:1)网架结构外形尺寸、跨 度及面积特别大。为便于施工,安装时需分区,分区 后在相邻区域交界处将形成合拢线,若安装过程中 控制不好,将造成不同分区难以顺利合拢。2)构件 数量多、节点形式多样。为满足各种受力的需要,该 *周观根同志为第二作者。 第一作者:冯小平男 1971年8月出生Email:fyhdm@vip.163.eom 工程师 图1总体效果 收稿日期:2006 02 14 10 钢结构 2006年第3期第2l卷总第86期 维普资讯 http://www.cqvip.com 冯小平,等:首都机场T3A航站楼超大型网架结构的施工技术 工程中使用了多种节点形式,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,多种节点形式的综合应用增 大了安装的难度。3)多种空间结构形式综合运用, 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0.01 mm。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 ±0.1 mm的要求。 3.3焊接球球心定位 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。4)由于面积特别大,须充分考虑施工 误差的影响。 3加工精度控制方法 杆件在焊接球上的位置由焊接球上的形心轴端 点确定。在工厂加工空心球时,首先在空心球的某 一对称轴处(通常为环焊缝处)画出对称轴,然后以 网架结构由杆件和节点构成,因此加工精度的 此轴线为基准在球体的竖直方向与球面交点处各钻 控制可以分解为杆件长度精度的控制和节点精度的 一个小孔(孔的直径及深度约为3 mm),定位时,只 控制。其中节点精度主要包括螺栓球节点的螺孔角 要根据划出的轴线和钻出的小孔作为基准,即可保 度、焊接球节点的尺寸、支座节点的尺寸及销轴节点 证杆件通过空心球的球心。 的尺寸和角度等精度控制。 3.4 支座销轴处圆孔加工精度的控制 3.1杆件长度加工精度控制 在销轴支座处,杆件与支座连接板采用销轴连 杆件定位焊在标准胎模上进行。胎膜的一端设 接,见图4。在支座钢棒上设一块钢板,杆件端头设 固定挡板,另一端为可动角尺,在可动端胎模的侧面 两块钢板,最厚钢板为80 mm,如采用3块板分别钻 刻有尺度,其可视读数为0.5 mm,见图3。定位焊 孔再连接的方式,容易造成3块板在焊完后相互错 时考虑焊接收缩量及温度的影响,以达到精确定位 位。这样在安装时会造成网架杆件的扭转偏位。因 的要求。按此方法加工的成品精度可达±0.5 mm。 此,在加工时将3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 二二二_二二二=二三三二 .钻孔是很困难的。为此,开发了专用的加工设备进 L—————————————————— —】 行加工,取得了较好的效果。 1一活动夹头;2辩标卡尺 图3杆件定位 3.2螺栓球加工精度控制 本工程螺栓球加工要求螺孔轴线之间的夹角偏 差由《网架结构设计与施工规程》(]GJ 7—91)规定 的±30 提高到±10 ,螺纹公差与之匹配。球心到 螺孔端面距离的偏差由“规程”(JGJ 7—91)规定的 ±0.2 mm提高到±0.1 mm。因此,必须对以往的 图4销轴支座示意 螺栓球加工工艺重新评定,采用更加先进的工艺、设 备、胎具才能保证加工精度。 4安装方法 1)设备更新 4.1安装分区 为了满足本工程要求,螺栓球的加工在全新的 根据结构特点及总体施工安排,该工程共分7 数控机床上进行,比原来的加工精度提高了2~3 个大区51个小区(图5)。7个大区分别为A1、A2、 倍,满足了精度要求。 B、C1、C2、D1、D2区,其中两翼为A1、A2区,核心区 2)重新设计工装夹具 为B区,大悬挑处为C1、C2区,指廊为D1、D2区。 对使用的工装夹具进行了重新设计。根据角度 在每个大区内又分了若干小区。各区安装的先后顺 变化的要求,满足三维坐标系中任何角度的需要。 序为: 每个球节点一次装夹一次加工完成,提高了定位精 A1区:1—2—3: 度。 A2区:4—5—6: 3)成品螺栓球的检测 B区:17—18—19—20—21—22—23—24—25— 加工完成的螺栓球由专用螺栓球检测仪进行螺 26—27—28—29—30—31—32—33—34—35—36一 Steel Construction.2006(3),Vo1.21。No.86 维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术 37—38—39—40—41: 4.3 核心区(B区)网架安装 C1区:42—43—44—45—46; C2区:47—48—49—50—5 1; D1区:7—8—9—10—11; D2区:12—13—14—15—16。 该区网架在操作平台上采用高空散装法按划分 顺序进行安装。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。 合拢区域见图6。 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)定位好下弦后,将下弦杆放入并与焊接球先 图5 网架总体分区及安装流程 定位点焊,然后进行焊接;当下弦球为螺栓球时,下 弦杆与球连接采用高强螺栓一次拧紧到位。 6)按上面方法安装下弦杆3~4榀,然后安装 上弦球和腹杆。安装上弦球时,先定位点焊上弦球 与3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。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 图6合拢区域 4.2桁架的安装 到位。 本工程的桁架安装主要有两类:一是指廊内侧 8)按照上面方法进行下一区域的网架拼装,直 桁架的安装,二是外侧周边桁架安装。指廊内侧桁 至整个网架拼装完成。 架按每个柱距分成两段进行吊装;外侧周边桁架按 4.4指廊(D区)安装 每个柱距整段吊装。吊装设备采用150 t履带吊。 指廊网架的安装因下部的楼层比较平整,而且 在桁架内侧均设置临时支架。图7所示为指廊桁架 此段网架外形为单向弧形,网架跨度也不大。因此 吊装示意。 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曲率,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。 4.5安装合拢 网架结构的合拢是一项难度较大的工作,在施 工时应尽量减少或避免。由于本工程面积特别大 (投影面积近18万m ),且由于下部结构施工的需 要,将网架分成了7个大的区域,由此不可避免地产 一. 生了合拢线。为了尽量减少合拢线,充分考虑了施 柱 — 里 工顺序的合理性。最后选择了A1、A2区与B区的 两条合拢线,合拢线长约80 m。为保证网架顺利合 图7指廊桁架吊装 拢,在网架最后合拢施工时,制定了专门的施工措施。 12 钢结构2006年第3期第2l卷总第86期 维普资讯 http://www.cqvip.com 冯小平,等:首都机场T3A航站楼超大型网架结构的施工技术 量,否则将影响结构的安装精度。 下面对影响最显著的施工阶段的温度效应进行 验算分析。 1)指 廊 指廊对温差最敏感的时刻也即安装最后_个分 三层 块的时刻。 二层 =正 由图9、图1O可以看出,30℃温差对指廊的影 首层 响是存在的,最不利影响是安装至伸缩缝位置时造 成的水平位移约为60 mm。因此必须考虑合理选 择安装时段,减小温度误差。 1一梭型钢管强凝土柱;2一柱 图8指廊网架拼装滑移平台立面 首先,选择合适的合拢气温。合拢时的气温尽 量接近设计计算平均温度,即20~25℃,由于本工 1.3—4EI.8-37.2-25.6-14.0-2.44 9.14 20.7 32.3 43.9 .5 程合拢线施工时正值秋季,白天温度较高,因此,合 拢时间选择在傍晚。 -39.5-31.5—23.5-15 S-7.49 0..50 8.49 16.5 24.5 32.S 40.5 其次,做好合拢前的测量工作,合拢前用全站仪 对合拢线上的每个球重新测量,确定每个球实际的 图9 +30℃温差时指廊x、y向水平位移mm x、y、z三维坐标;将实际测量的合拢线上每个球 节点的三维坐标与设计的三维坐标进行核对,利用 千斤顶等矫正标高,保证两边网架挠度一致;同时采 9.5—3I.5-23.5一I5. —7.49 l 8.49 16. 24.5 40.5 用导链对个别节点的水平X、y位置进行调整。 图10 —2or温差时指廊X向水平位移mm 然后,根据矫正后测量出的各球节点的三维坐 2)翼部与核心区合拢前 标值和设计值进行对比,计算出每个杆件合拢时的 由图11、图12可见,+30℃温差对翼部与中心 长度。由于在整个安装过程中尺寸控制较好,实测 区块的最不利影响是安装至合拢区域时,对后续安 杆件长度与设计值非常吻合,使合拢过程非常顺利。 装造成不利影响的水平位移主要为X及y方向(约 合拢时,由多名焊工在规定的时间和温度下同 40 mm)。由此可见,网架的变位并不明显。只要合 时施工,将整个网架在整条合拢线上同时合拢。合 理避开温差过高的安装时段,可以控制此变形。 拢时,从中间向两边焊接;焊接杆件时,先焊一端再 焊另一端,不得两端同时焊接,以减小焊接应力。 5安装精度的控制 对于超大型网架结构,为确保安装精度,应从三 个方面加以控制:加工精度、安装误差和温度影响。 5.1 温度影响 本工程结构平面尺寸超长,因此温度效应非常 明显。在结构设计时,已经考虑了温度的影响,设置 了伸缩缝及滑动支座等构造措施。在施工过程中, 结构对于温度的影响同样是非常敏感的。设计要求 结构在施工过程中考虑+30℃和一20℃温差。 在结构分块拼装的过程中,安装就位部分的网 架结构在温差作用下会对后续待安装部分的结构有 图11 +30℃温差时翼部与核心区合拢前X、Y向水平位移m 影响。随着单体体量的增大,越到后面,温度的影响 3)翼部与核心区合拢后 越显著。在这种情况下,必须控制结构的水平伸长 由图13、图14可见,温差对主体部分的最不利 Steel Construction.2006(3),Vo1.21,No.86 13 维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术 —~一潮 圈 L 图12—2012温差时翼部与核心区合拢前X、Y向水平位移mm 图13 +30℃温差时翼部与核心区合拢后x、y向水平位移rnrn 影响是安装至网架边缘位置时造成的x向水平位 移约为20 mm。由此可见,网架的变位并不明显。 只要合理避开温差过高的安装时段,可以控制此变 形。 5.2安装误差的控制与消除 主体与指廊部分在安装过程中,由于分块数量 多,体量巨大,安装累积误差势必会很大。因此,本 施工方案中对每一分块网架安装时都用全站仪对关 键点进行定位,并以柱网为区块划分的基准,将安装 误差消除在本区块内,不累积到下一区段,同时也符 合结构受力特性。安装误差的控制与消除措施主要 有以下几方面: 1)深化设计。根据总承包单位提供的控制点, 计算确定出网架定位坐标点,然后计算出网架每个 球节点的三维坐标;对于温差产生的位移,在网架深 化设计过程中对部分网架的杆长进行了调整。 2)加工时严格控制构件的加工质量和精度,确 91)要求。 图14 —2O℃温差时翼部与核心区合拢后x、y向水平位移m 7)安装定位控制方法:采用全站仪按照深化设 计图纸的各球节点的坐标弹线放样到安装平台上, 并用红线标出球节点的定位中心;按照放样弹出的 球节点的定位点,采用定位调节托架定位,见图15; 将球节点装入定位托架,然后采用全站仪微调球节 点三维坐标,并安装网架杆件;转动调节把杆使球节 点上调和下降。 安装好网架杆件后,再次采用全站仪复核各球 节点的三维坐标。 对于超过误差的球节点,利用千斤顶、倒链、电 保进场安装的每个构件节点的精度达到设计要求 (比“规程”(JGJ 7—91)提高2~3倍)。 3)根据总承包单位提供的基准点引伸到网架 的各支座,对上道工序移交的网架支座的柱顶位置 进行复核,为确保测量精度和网架安装精度达到设 计要求,整个支座采用全站仪进行测量定位。 4)采用水准仪对各钢柱顶板进行测量,确保顶 板平整,板的不平度达到“规程”(JGJ 7—91)要求。 5)对经过测量的各支承点的中心轴线均用红 线划出,高差都在钢板上用数据标出,所有测量结果都 动葫芦等进行调整,同时根据调整后的测量数据,在 安装下榀网架时进行反误差的调整,确保网架安装 完成后整体尺寸精度误差达到设计要求。 (下转第68页) 钢结构2006年第3期第21卷总第86期 在图纸中记录,以便安装时对构件进行适当的调整。 6)支座安装前根据前面的测量数据进行必要 的修正和调整,确保各项参数达到“规程”(JGJ 7一 14 维普资讯 http://www.cqvip.com 科研开发 当弯矩最大时两个节点柱表面处沿梁下翼缘宽 度方向的 应力分布如图7所示,削弱型节点应力 的绝对值小于未削弱型节点应力的绝对值。最大应 力点在翼缘的轴线处,未削弱型节点的最大应力为 434.9MPa,削弱型节点最大应力为239.37MPa,比 前者降低了45%。从图7中可以明显看出,对接焊 缝最薄弱的位置就是梁翼缘轴线处的应力最大点。 削弱型节点最大应力的显著降低,可有效避免对接 焊缝脆性断裂。 粱贲/mm 一弱型节点具有足够的塑性变形能力。该节点能达到 减小节点表面梁翼缘处的应力,迫使塑性铰外移的 目的。值得注意的是,节点处梁翼缘中部的应力集 中现象依然严重,但柱表面梁翼缘处应力的峰值仍 然比洞口中心处沿梁翼缘宽度方向的应力峰值低。 参考文献 1 Stephen A Mahin.Lessons from damage tO Steel Buildings during the Northridge Earthquake.Engineering Structures,1998,20(4一 :249—259 2陈富生,邱国桦,范重.高层建筑钢结构设计.北京:中国建筑工 5o 1 l 150 —5o 0 业出版社,2000:33—45 。 3 Jong Won Park,In Kyu Hwang.Experimentl Inveastigation of Re- = ~ ・ ‘ 。 dueed Beam Section Connections by Use of Web Openings.Engi- — /, — neering Journal,2003(2):77—88 4 Andre Plumier.The Dogbone:Back tO the Future.Engineering 毛 针 、. -3O0 ’ 、…・ ’: 、、,,。 Journal,1997(2):61—67 ・-・・ 5 Ru Jipig,Lin 13o.Connection of Moment-Resistig Framens with Opening on Beam Web//'l'he Enghsh International Symposium on 1一削弱型节点;2一未削弱型节点 图7柱表面沿下翼缘宽度方向的 应力分布 Structural Engineering for Young Experts.Xi’an:2003:56—63 6刘燕.梁腹板削弱型节点在循环荷载作用下的性能:[硕士学位 论文].西安:西安建筑科技大学,2005:31—45 3结论 7陈骥.钢结构稳定理论与设计.北京:科学出版社,2001:22—25 8宋振森.刚性钢框架梁柱连接在地震作用下的累积损伤破坏机理 及抗震设计对策:[博士学位论文].西安:西安建筑科技大学, 2001:45—51 本文用有限元数值方法对梁腹板矩形洞口削弱 型节点进行了分析。结果表明,梁腹板矩形洞口削 (上接第14页) 6结语 本工程单体面积大,体型复杂,端部悬挑大,节 点种类多,所以对网架的安装提出了很高的要求。 由于在施工前进行了详细的分析与论证,同时进行 了多方案的比较和试验,使得施工非常顺利。 参考文献 1 中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册.北京:中国建筑工业出 版社,2003 图15球节点标高托架调节机制 2 JGJ 7—91网架结构设计与施工规程 3 JGJ 81—91建筑钢结构焊接规程 ・信 息・ 广州新电视塔底部透空区群柱稳定性试验在清华大学取得圆满成功 广州新电视塔的突出特点是整个塔身细长、细腰及扭腰,呈两端大中间小的形状。由于其独特的外形,使透空区群柱的稳定问题变得非常 突出。工程各方共同决定进行有关试验研究,为高塔的建设提供设计依据。试验内容分为“底部透空区群柱稳定承载力试验”和“细腰段整体 模型稳定承载力试验”两部分,试验方案的制定及试验工作由清华大学承担。第一部分底部透空区群柱试验分别于2006年5月25日和2006 年6月5日在清华大学工程结构试验室进行,试验取得了圆满的成功,获得了设计方、业主和专家的高度评价。 目前,“细腰”段整体模型试验的设计、细化、模型加工及各项准备工作正在进行中,预计2006年9月初在清华大学工程结构试验室进行。 钢结构2006年第3期第21卷总第86期