新建湖北鄂州民用机场转运中心钢结构工程施工方案比选研究

2022-07-18陈立军吕骅昕陈嘉锋

建筑施工 2022年3期

杨震陈立军吕骅昕周映陈嘉锋

浙江中天恒筑钢构有限公司浙江杭州 310008

1 工程概况

1.1 总体工程概况

新建湖北鄂州民用机场转运中心由主楼、指廊、航材库和机组休息区组成，平面呈“工”字形，东西最长695.65 m，南北最宽528 m，建筑面积53.51万 m2（图1）。按设计图纸分区，分别为A1—A6区，其中A1—A4主楼4层，A5、A6主楼2层。建筑最大檐口高度为42 m，1—4层层高分别为11.3、10.8、9.8、7.3 m。沿南北方向，机场综合管廊从转运中心陆侧指廊和主楼地下穿过，其中主楼段综合管廊长约860 m，与转运中心共建。

图1 鄂州民用机场效果图

1.2 钢结构工程概况

本工程主体结构为钢结构框架结构，楼板采用钢筋桁架楼承板，其中钢柱主要规格为B950 mm×1 900 mm×50 mm×50 mm、B1 000 mm×1 000 mm×50 mm×50 mm等，钢梁主要为H（1 800～1 200）mm×500 mm×20 mm×35 mm、H1 200 mm×500 mm×20 mm×35 mm等，钢材材质为Q390C、Q355B，总用钢量约为10万 t；根据设计防震缝，将整个结构划分为6个区块，分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6区块，各区块布置如图2所示。

图2 钢结构分区布置示意

2 场地条件

运转中心周边场地条件较为复杂：运转中心南侧为陆侧指廊，北侧、东侧以及西侧均为空侧停机坪；西侧停机坪地基已处于施工阶段，大部分区域已进行硬化，承载力较高，但其余场内路基未经处理，仅主要临时道路做回填处理，承载力较低；综合管廊下穿南侧指廊以及转运中心东侧主结构，其中转运中心段综合管廊长约860 m，局部区段未完成浇筑，对钢结构施工干扰较大；距结构边线15 m左右为施工道路，且道路为土方、土建、钢结构、停机坪等专业所共用，钢结构施工可占用时间短；鄂州每年3—6月为雨季，雨季时间跨度长，场地泥泞，施工较为困难。

3 施工重难点

1）施工质量要求高。本工程需确保湖北省建设工程“楚天杯”奖和中国建筑工程钢结构金奖，争创中国建设工程鲁班奖、詹天佑奖。梁柱节点均为全焊接节点，安装要求精度高，厚板（最大板厚50 mm）焊接接头的抗层状撕裂以及焊后残余应力释放要求严。

2）施工作业量大，工期要求紧。结合总包施工计划，本工程地上钢结构计划施工工期为2020年12月18日～2021年7月10日，共205 d，考虑春节假期以及冬雨季影响，实际施工工期较短。本工程钢构件数量约为45 000件，钢筋桁架楼承板约10 000件，吊次数量多。如何在205 d内完成约55 000件构件的安装是本工程的难点。

3）现场管理难度大。本工程施工占地面积大。如何在A1—A6基础上细分区域，使构件从深化、加工制作，直至现场安装按要求完成是一项难点。钢结构安装时涉及停机坪、综合管廊、机电设备等多个专业穿插施工，如何统筹兼顾，使机场项目建设有条不紊地推进是现场管理的另一项重难点。

4 基本施工方案的选择

4.1 基本施工顺序

根据本工程抗震缝设置，将施工区域划分为A1—A6。综合施工现场条件以及各专业配合等因素，施工顺序可分为以下2种情况。

施工顺序1：A1—A4从结构中心脊线开始向东西两侧分别退装，A5—A6由南侧向北侧进行安装。该施工顺序的优势为：工作面大，可铺开进行安装作业，有利于工期推进；由中间往两侧对称安装焊接，有利于控制由于焊接收缩导致的整体结构的焊接变形。该施工顺序的缺点为：机电设备等专业需从最边跨施工开始施工，无法形成流水，可能造成其余专业施工工期压力较大，但仍可通过增加机械和人工或者优化调整局部施工组织减小对其余专业的施工影响。

施工顺序2：A1—A4均从结构西侧开始向东侧进行安装，A5—A6由南侧向北侧进行安装。该施工顺序相对施工顺序1，可以与机电设备等其余专业形成流水作业；该施工顺序的缺点是：由于大工作面相较于施工顺序1要少一半，虽然可增加机械采用阶梯式安装，但后期机械降效仍较为严重；非对称安装以及焊接可造成框架整体结构由西侧往东侧倾斜，不利于安装质量控制。

综上所述，考虑施工工期压力、安装质量控制以及人力、机械降效所可能造成的成本增加，最终选择施工顺序1作为基本安装顺序。

4.2 机械选择

仅考虑传统起重机械，具体机械选择有以下4种可能。

1）沿结构外圈布置移动式塔吊。优点：利用移动式塔吊的机动性，降低塔吊配置数量的同时，可实现施工工作面的全覆盖；利用移动式塔吊较大的工作半径，可直接将构件从堆场起吊，减少构件场内二次倒运；局部钢构件缺失，不影响整体施工（可后期补杆）；塔吊位于主结构外，不设预留孔洞，结构一次施工成形。缺点：移动式塔吊的起重能力仅能满足钢梁吊装，钢柱吊装仍需汽车吊或履带吊配合；移动式塔吊数量配置相对较少且塔吊的移动以及加固存在技术间歇期，不利于工期控制；多塔移动以及作业存在较大安全风险。

2）将塔吊固定布置于运转中心结构之中。优点：局部钢构件缺失，不影响整体施工（可后期补杆）；固定式塔吊规格较移动式塔吊小，经济性好；塔吊数量配置多，满足构件吊次需求，施工工期有保障。缺点：设预留孔洞，塔吊拆除后仍需进行主体结构孔洞施工，不利于质量以及工期控制；钢柱吊装以及部分未覆盖区域仍需汽车吊或履带吊配合；需配备相关设备钢构件二次倒运。

3）使用汽车吊进行吊装作业。优点：方便灵活、工作效率高、转场快；可根据需求及时调整机械数量及规格。缺点：需配备相关设备进行钢构件的二次倒运；对施工场地要求高；局部钢构件缺失对施工影响大，对构件供给要求高。

4）使用履带吊进行吊装作业。优点：较方便灵活、工作效率较高、转场较快，起重量大，可以吊重行走；可根据现场需求及时调整数量及规格；场地适应性好。缺点：需配备相关设备进行钢构件二次倒运；局部钢构件缺失对施工影响大，对构件供给要求高；安拆较烦琐，起重臂不能自由伸缩，局限性较汽车吊大。

根据从结构中心脊线开始向东西两侧分别退装的施工顺序，结合汽车吊的吊装效率（每日工作量10 h增加至16 h），得到机械使用时间约15 000 h，方案1考虑降效至0.5，方案2考虑降效至0.7，方案4考虑降效至0.8，施工方案工效和经济效益对比如表1所示。

表1 施工方案工效及经济效益对比

从表1可知，汽车吊方案相对较为经济且工效较高，但结合现场场地条件，本工程最终选择以履带吊为主、汽车吊为辅的吊装作业方案。

5 施工方案优化

5.1 临时堆场及施工道路布置

5.1.1 临时堆场布置

结构外临时堆场主要布置在主结构的东西两侧；场内堆场布置在吊装机械站位的下一轴线，随结构安装进度变化从中心轴向东西两侧移动。构件应集中设置、分区使用，便于管理并尽量邻近场地，避免二次倒运。

5.1.2 施工道路布置

场外施工主干道沿主结构外边线周圈布置；场内进货通道以及临时施工道路布置应避免干涉主结构且尽量不影响主体结构施工。具体布置如图3所示。

图3 临时堆场及施工道路布置示意

5.2 施工顺序及机械布置优化

为使机电设备专业能提前进入施工，做以下调整：施工区域在原来基础上细分为7个施工区（将A1区分为A1-1、A1-2这2个区域），除A1-1、A5、A6外，每个区块以中心脊线为基准，划分为东西两侧施工分区，采用退装法从中间向东西两侧施工，A2、A3区块各安排6台80 t的履带吊，A1-1、A1-2区块安排7台80 t履带吊，A1-2区块安排3台80 t履带吊；A4区块安排8台80 t履带吊，A5、A6区块各安排1台80 t履带吊。A1-1区由25轴向19轴施工，施工至该区最后跨间时，从中间向东西两侧进行施工。A4区块超重、超长的构件区域安排2台150 t的汽车吊和2台110 t的汽车吊吊装（图4）。

图4 施工顺序及机械布置示意

5.3 供货分区划分

根据本工程的施工顺序以及吊装机械的选择，供货按以下区域进行划分：A1-1区块首先供给（L1—V1）/（24—25）轴以及（1/S1—1/N1）/（20—24）轴区块构件，接着同时供给（1/S1—V1）/（20—24）、（1/N1—L1）/（20—24）轴三跨构件；A1-2区块首先供给（1/S1—1/N1）/（14—19）轴区块四跨构件，接着同时供给（1/S1—V1）/（13—19）、（1/N1—L1）/（13—19）轴三跨构件，最后供给A1区块剩余构件；A2—A4区块先供给（1/S1—1/N1）轴靠结构脊线四跨构件，接着分别同时供给（1/S1—U1）、（1/N1—M1）轴两跨构件，最后供给剩余构件（图5）。