马张永1，徐子涵2，吴小燕1
（1．甘肃建投钢结构有限公司，甘肃兰州 730060;2．兰州新区城市发展投资有限公司，甘肃兰州 730060）
[摘要]兰州中川机场二期航站楼钢结构屋盖为曲面空间网格结构，采用分块液压同步提升技术。结构提升分块、临时提升点的设计、原结构复核、提升支架的设计、楼面加固措施和大悬挑曲面网格结构的提升等是研究的主要内容。结合工程实际，利用MIDAS/Gen7. 80有限元分析软件，首次采用部分檩条随结构提升以平衡悬挑端变形，利用实用新型专利——钢绞线限位装置保证提升过程的安全，提升过程中设置导链防止结构倾覆等一系列的措施，成功实现了大悬挑曲面空间网格结构的液压同步提升。
[关键词]钢结构；曲面；空间网格；液压同步提升；施工技术
[中图分类号] TU758[文章编号]1002-8498(2016)08-0072-04
1工程概况
1.1 建筑概况
兰州中川机场二期扩建新建航站楼位于现有航站楼南侧，总建筑面积为6.1万m2。采用2层（局部设夹层）的T形指廊式构造型式，航站楼主楼与候机指廊呈T形垂直布局。主楼长240m，进深86m．短指廊建筑宽64m，长80m。指廊设置6个D类机位和3个C类机位。预留1层地下室面积为3 700m2，使航站楼与轨道交通枢纽连接。如图1所示。
1.2 结构概况
航站楼主楼大厅钢结构屋盖为曲面空间网格结构，采用正放四角锥，螺栓球和焊接球混合节点，由A，B，C，D4片曲面网架构成，网架之间由3片空腹桁架（边桁架I，II，III）连接过渡，屋盖高低相交处的空腹桁架采用箱形截面，相贯焊接节点，如图2所示为结构平面图，图3为钢结构轴测图。主要柱网24(32)m x24m，西端入口处最大悬挑24m，结构总高41. 6m。大厅屋盖支座采用抗震球铰支座。钢屋盖下土建为框架结构，地下2层，地上2层，地上2层顶部标高为7. 800m。
2 施工重点及难点
1)网架分块 A，B，C区采用液压提升施工技术，网架下弦中心高差最大为18. 518m，且由边桁架分开，若采用整体提升的施工方案，脚手架需求量太大，经济性不好，分块提升是综合指标比较好的施工方案，如何分块是需要首先解决的重点问题。
2)临时提升点设计 临时构造的提升点，一方面杆件要保证提升过程的安全，尽量利用原结构杆件，另一方面必须考虑在提升到位后，拼装卸载时与原结构杆件相碰的应对措施。
3)临时提升支架设计作为提升器的支架，设计时，首先要满足受力要求，其次要尽量避开原结构杆件，以减少对原结构的影响。
4)原结构复核 由于提升过程的受力状态与结构原设计工作状况不同，因此，部分结构杆件在提升前根据验算需要进行替换，替换后必须对原结构进行重新复核。
5)楼面加固 网架在楼面拼装时，预应力楼面尚未张拉完成，因此，需要对楼面采取加固措施，保证施工安全。
6)提升过程的安全 结构提升的季节，当地风速较大，提升过程中由于钢绞线的柔性，存在结构水平摆动的风险，结构摆动时产生的水平分力对提升器是极大的安全隐患。
7)悬挑端变形过大对于大悬挑部分的提升，由于非悬挑端没有原结构杆件的连接限制，悬挑端变形过大，提升到位后结构不能正常拼接。
8)计算机仿真分析 结构的提升状态与原设计工况不同，必须进行全过程施工仿真分析，以指导施工。
3 施工过程关键技术措施
3.1 网架分块和提升顺序
由于下部柱网布置较为规则，可利用结构柱及钢桁架为支托布置提升器，沿结构柱列和边桁架分块，这样避免了因增加临时提升点而增设临时支撑胎架，也使结构受力尽量和原结构相似，减少杆件替换数量；网壳结构在楼面拼装时，采用的是与原设计相同的空中姿态，因此每一块网架的下弦标高的差别对拼装脚手架的用量影响较大，为减少拼接脚手架用量，以每一个提升区块下弦中心高差小于5m为原则，总共分为Al区，A2区，A3区，B区和C区5大块。其中A2区和A3区进一步细分为3小块，分别为A2-1，A2-2，A2-3和A3-1，A3-2，A3-3，图4所示为网架分块及质量统计。
结构以③轴为对称轴，为加快施工进度，对A2和A3区对称同时提升，提升思路和顺序如下：C区→A2-1区和A3.1区→B区→-A2-3区和A3→3区→A2-2区和A3.2区→A1区。
对于本项目来说，提升的重点和难点是大悬挑端的A1区，因此本文将以A1区为重点研究对象进行详述。
3.2 临时提升点和提升支架设计
临时提升点和提升支架的布置如图5所示，其中W x表示支架类型。
首先在三维模型中放样出临时提升点的杆件和提升支架布置(以临时提升点W10为例，见图6)，然后将临时提升点杆件和提升支架导入MIDAS仿真分析模型中，进行设计和验算，确定杆件的种类后，发给深化设计人员并交车间加工。
3.3原结构复核和楼面加固
为保证提升网架受力和原结构相似，沿结构柱列和边桁架进行分块，并且临时提升点布置在钢柱柱顶和边桁架上，但是，分块结构在提升时仍与原结构工况不同，内力分布也不一样，导致有部分杆件超应力，需要对此杆件进行替换，为减少安装时的工作量，替换后杆件作为结构杆件不再替换回原设计杆件，因此会导致原结构在局部的刚度发生变化，周围杆件的内力分配也会有所不同，所以，替换后的杆件需要交原设计单位进行重新复核，以保证结构安装完成后能够满足设计工况的要求。
本项目航站楼2层楼面采用预应力混凝土结构，在屋面网壳结构施工时，预应力张拉尚未全部完成。网壳结构的拼装在楼面上进行，包括脚手架、网壳自重和施工活荷载等会对混凝土楼面的变形产生较大影响，为了将这种影响减小到最低，并且保证结构拼装的顺利进行，在1层设置脚手架反顶2层楼面进行加固。
3.4 提升过程安全保证措施
网架在整体提升过程中，由于钢绞线的柔性对于提升结构的水平位移没有任何限制作用，遇到大风等意外情况下，提升过程中结构有水平摆动的风险，水平摆动不仅会使结构存在碰撞钢柱的可能，更会对提升器造成极大的安全隐患：提升器在工作过程中具有自锁功能，该功能保证提升器将结构一步步提升上去，并且能保证结构长时间在空中停留，但是由于其特殊构造（见图7），在钢绞线收到较大水平力时，自锁功能失效，提升器瘫痪。更为严重的是，提升设备和临时提升支架不是一个整体，在较大的水平力作用下，提升器有可能掉落。
为解决提升器在提升过程中，特别是提升初期的受水平力问题，设计了钢绞线的限位装置(见图8)，该装置固定在提升器下面的钢柱上，钢绞线穿过限位装置的滚轮之间的孔，使其始终保持竖直状态，水平受力转换到了限位装置上面，而竖向受力没有受到任何影响，目前，该装置已获得实用新型专利证书。
3.5 解决悬挑端大变形问题措施
提升网架Al区结构存在最大24m的悬挑。如果采用高空悬挑法拼装，则结构的变形很难控制，如果采用满堂架法安装，则需要搭设满堂架的高度在40m以上，经济性很差。经过多种施工方案的比较，决定将悬挑端随结构一同提升，在国内首次采用这种施工方案。方案阶段进行分析时，如果不采取任何措施，提升过程中，悬挑端结构竖向变形227. 1mm，而非悬挑端的竖向变形为150.3 mm，不能满足结构提升到位后的拼装要求。
为了解决悬挑端变形的问题，项目组考虑采用在非悬挑端增加配重的措施来平衡悬挑端的变形，为节约费用，加快施工进度，最终采用口120×60×4次檩条作为配重，檩条配重的布置需要经过MIDAS仿真分析来确定，最终确定的檩条配重布置如图9所示。
A1区在提升时，为了防止悬挑端发生倾覆，提升网架非悬挑端和钢柱的根部通过导链相连，导链保持与非悬挑端始终接触但不施加反力，并随结构的提升而逐渐伸长，这样在结构悬挑端出现较大的变形或发生倾覆时，导链能够起到限制非悬挑端的上挑问题。
通过上述措施，在国内首次解决了大悬挑网架的整体提升问题。
3.6施工过程仿真分析
分块网架在提升时的工况与原设计工况不同，需要对结构进行施工过程仿真分析，以确定结构在提升过程中的变形和杆件应力满足施工要求。对超应力杆件进行替换、临时构件的设计、提升支架的设计、提升到位以后的卸载顺序都需要施工仿真分析确定；提升器吨位的确定，需要仿真分析提供的提升点反力，如表1所示；提升过程中液压控制系统显示的提升反力需要与仿真分析结果相互校核，以保证提升安全。
仿真分析时，在MIDAS中整体建模，将临时提升杆件、提升器支架、钢管柱一并导入结构模型中进行分析，提升需要考虑3种验算工况，第1种是提升启动的一瞬间，考虑1.2的动力系数；第2种是由于网架杆件受力的复杂性，需要对网壳平稳提升过程进行验算；第3种是结构提升到位后拼装网架杆件时进行验算，以确定杆件的拼装及卸载顺序，特别是存在与临时提升杆件相碰的原结构杆件的拼装，需要仔细核算。验算的主要内容是提升结构的变形和杆件应力。计算结果表明：悬挑端最大位移是52. 8mm，<24 000/125=192mm的限值；最大应力为135. 6N/mm2，满足结构受力要求。
4 结语
针对兰州中川机场二期航站楼钢结构屋盖的结构形式，采用分块液压同步提升技术，利用有限元分析软件MIDAS/Gen7. 80进行了全过程仿真分析，设计了临时提升杆件、临时提升支架及替换杆件等，在国内首次采用部分檩条随结构提升以平衡悬挑端变形，利用实用新型专利——钢绞线限位装置保证提升过程中的安全，提升过程中设置导链防止结构倾覆等一系列的措施，成功实现了大悬挑曲面空间网格结构的液压同步提升（见图10），为同类工程的施工提供了借鉴。
