余少乐 郭 春 沈 翀 吴 量 章小葵 张学伟 陈新喜

1. 中国建筑第八工程局有限公司 上海 201204；2. 同济大学土木工程学院 上海 200092

1 项目概况

1.1 工程建设概况

盐城南洋机场T2航站楼屋盖钢结构是不规则的曲面造型，东西长183.6 m、南北宽75.6 m，跨度较大，是工程施工的重点和难点。

1.2 屋盖钢结构概况

屋盖钢结构由纵向桁架、横向桁架、天窗及封边梁结构等组成。整个屋盖由18根钢管混凝土柱支承，通过柱顶的成品铰支座与钢柱相连（图1）。屋盖钢结构整体造型呈空间曲面，悬挑区域面积占据整个屋面面积的40%（图2）。悬挑桁架的挑出长度较长，最长达40 m，悬挑处无支撑，且悬挑桁架采用整体拼装，使悬挑端定位成为难题。悬挑远端与封边梁相贯，航站楼四周皆有悬挑，安装较为困难。为了解决悬挑区域桁架安装的问题，在悬挑远端设置格构柱支撑，安装时格构柱作为受力支撑，悬挑桁架远端搭设在格构支撑上，同时也解决了封边梁安装的问题[1-2]。

2 格构柱施工难点

根据屋面钢结构的安装需求，屋面钢结构悬挑桁架共布置48组格构柱支撑（图3）。格构柱是悬挑区域桁架安装过程中的临时支撑，桁架完成后需要对格构柱进行拆除，其施工难点如下：

图1 钢结构屋盖示意

图2 屋面钢结构悬挑区域

图3 格构柱布置示意

1）格构柱安装过程中如何加强支撑体系的强度、刚度、稳定性，满足安装屋面钢结构的要求，是一个难点。

2）拆撑过程中确保桁架从施工工况过渡到设计工况的安全、变形受控是整个卸载工序的关键，也是施工难点。

3 施工方案

3.1 格构柱安装

根据主桁架安装要求，航站楼屋面主桁架结构吊装均需设置临时支撑架，以便桁架分段就位。按承受相应的桁架质量进行计算，确定临时支撑采用格构柱支撑体系。本工程格构柱支撑体系由竖向格构柱、水平向连接支撑及缆风绳组成，通过在混凝土结构设置预埋件使其与混凝土结构连接牢固，从而形成稳定的支撑体系。

通过Sap2000计算程序，建立分析模型。经过计算分析，格构柱的最大竖向反力为492 kN，因此选用格构式支撑胎架截面尺寸为1 500 mm×1 500 mm，立杆4×φ159 mm×8 mm＋缀条∠75 mm×6 mm；节间高度为1 500 mm，标准节为12 m一节，胎架底部和顶部为1 750 mm×1 750 mm支座。缀条与主肢、缀条与缀条之间均采用焊接连接。格构柱设计为组装式，工厂制作，现场拼装。根据格构柱的布置位置，在格构柱所布位置处铺设钢板，钢板用自攻螺丝固定在混凝土地面上。为进一步加强支撑体系的强度，同时考虑盐城地区高频率的大风荷载，格构柱在有水平支撑的情况下，辅以缆风绳，以加强支撑体系的侧向稳定性。每根格构柱拉设4根缆风绳，缆风绳通过预埋件拉结在混凝土结构上。

3.2 格构柱的卸载

根据本工程的结构特点及施工实际，支撑胎架卸载采用分单体—整体卸载的总体思路，即待整个钢屋盖高空成型后，分批次对格构柱进行同步卸载；即分先后次序安排若干批次拆除支撑胎架（卸载后，胎架暂不拆除，待全部卸载到位后，进行短期位移观测，确认满足规范和设计要求后再陆续拆除胎架），且确保每个卸载批次同步。

3.2.1 卸载流程

卸载过程采用控制位移的方法实现分阶段分级同步卸载，遵循变形协调和结构安全的原则。卸载的顺序为从东区向北区，整个卸载步骤分为4步，先是东区—南区—西区，网壳安装完成后，再进行北区格构柱卸载。卸载需做到同步，且在一个行程完毕后，各个工位操作人员应该通知指挥员。监测确认杆件应力、位移无异常后，通知总指挥，再统一进行下一个行程的卸载。

3.2.2 格构柱拆除过程的施工模拟

为了确保卸载过程的安全，使用Sap2000计算软件对卸载过程进行施工过程全模拟。分析采用软件中静力非线性Nonlinear Static Procedure分析的方法，在线弹性工作范围内对拆撑全过程进行分析，即分步施加向下位移，直至达到所有支撑点支座反力消失的终态。

按照卸载方案，模拟过程也分为4步：首先卸除东区临时支撑，其次卸除南区临时支撑，之后分步卸除西区临时支撑，最后分步卸除北区临时支撑。拆除过程中，整体屋盖钢结构的应力比如图4所示。从计算结果可以看出，东西区域最大竖向位移85 mm，水平位移8.0 mm；南区最大竖向位移39 mm，水平位移8.3 mm；北区最大竖向位移105.9 mm，水平位移14.5 mm。拆除东区临时支撑，整体屋盖钢结构最大应力比0.81；拆除南区临时支撑，整体屋盖钢结构最大应力比0.83；拆除西区临时支撑，整体屋盖钢结构最大应力比0.80；拆除北区临时支撑，整体屋盖钢结构最大应力比0.82。在整个拆除过程中，整体屋盖钢结构受力状态变化平稳[3-5]。

图4 拆除各区格构柱时屋面钢结构的应力比

3.2.3 卸载过程监测

根据模拟计算分析的结果，对较大应力杆件的应变进行施工过程监测，以确保施工过程中的安全和施工过程可控。

1）支撑监测。拆撑过程中应有安全员和安全监控员全过程监测支撑，尤其应监测支撑下临时支撑变形等，发现异常情况及时报告。拆撑过程中安排专门人员负责监控，监测以肉眼观测和仪器监测同时进行，观测临时支撑立柱及整个系统变形情况。监测使用一台全站仪进行，配备专人配合辅助。拆撑过程中，现场范围内严禁无关人员进入，现场设置警戒线，派专人监护。

2）屋盖钢结构监测。在拆撑过程中要实时监测，随时掌握各控制点的变形情况，防止钢结构在拆撑过程中有与计算结果较大偏差的情况出现，出现异常情况时应该立即停止拆撑，查找好原因并处理完毕后方可继续拆撑。在拆撑过程中使用全站仪配备专人负责监测，每拆撑一步都要有详细的监测记录，监测记录要准确及时并真实地反映拆撑过程的工况[6-7]。

3.2.4 卸载监测控制

卸载前对所有卸载点标高进行测量，从中选出部分点作为卸载过程监测点，将监测点卸载前、卸载过程中、卸载后的绝对标高值进行监测，作为屋盖下挠控制数据。轴线上每榀拱桁架跨度均大于24 m，每榀桁架应至少设置3个监测点以对标高及坐标进行监测，监测点分别布置在跨中和距支座1/4跨位置，共计54个点。监测点设置反光贴，利用全站仪进行测量，卸载前先测量一组数值，卸载后2、5、7 d再各测量1次，每次测量均应做好记录。卸载后下挠值不得大于设计值的1.15倍，当发现卸载过程中下挠值大于设计值1.15倍时，应该立即停止卸载，并提交设计计算[8-9]。

4 结语

本工程屋面钢结构悬挑桁架共布置48组格构柱支撑，格构柱安装过程中如何加强支撑体系的强度、刚度、稳定性，满足安装屋面钢结构的要求是安装过程的关键；在拆撑过程中需确保桁架从施工工况过渡到设计工况的安全、变形受控是整个卸载的关键，也是施工难点。