上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓改造工程中的大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋施工

周 鋒 魏 蔚 吳玲怡 陳佳偉

1. 上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072；2. 上海機(jī)場(chǎng)（集團(tuán)）有限公司 上海 200335

1 工程概況

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，收入水平的提高，人們長(zhǎng)途商務(wù)、旅游出行不斷增多，對(duì)機(jī)場(chǎng)、車站等公共交通建筑的容量及功能設(shè)施提出了新的要求。除了新建以外，對(duì)既有的公共交通建筑進(jìn)行改造、提升，以滿足新時(shí)期發(fā)展的要求也逐漸成為一個(gè)趨勢(shì)。

上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，設(shè)施設(shè)備比較陳舊，規(guī)劃建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)較低，與2010年新建的T2航站樓發(fā)展不匹配，因而，自2015年開始對(duì)T1航站樓進(jìn)行綜合改造工作。

T1航站樓由緊密相連的A樓、B樓組成，面積達(dá)82 000 m2。按照T1航站樓不停航改造的總體思路，對(duì)航站樓A樓、B樓分階段進(jìn)行改造。

1.1 結(jié)構(gòu)改造概況

虹橋機(jī)場(chǎng)T1航站樓A樓鄰近樓前高架的A段（圖1）原為1994年建成的1棟2層（局部3層）混凝土框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸32 m×147 m，典型柱距11.25 m×7.60 m。1層為到達(dá)層，2層為出發(fā)層。原大屋蓋為預(yù)應(yīng)力混凝土梁和混凝土梁板結(jié)構(gòu)（圖2）。

為提升航站樓的服務(wù)能級(jí)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，2層結(jié)構(gòu)及局部3層辦公用房保留，拆除出發(fā)大廳混凝土屋蓋和2層以上部分混凝土柱，新建出發(fā)大廳幕墻和屋面鋼結(jié)構(gòu)，與雨篷進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)（圖3）。

圖2 虹橋機(jī)場(chǎng)T1航站樓A樓改造前剖面

圖3 虹橋機(jī)場(chǎng)T1航站樓A樓出發(fā)大廳改造后剖面

新建鋼結(jié)構(gòu)主要架立在原有結(jié)構(gòu)的2層柱頂和3層辦公小屋面上。出發(fā)大廳2層保留的樓面結(jié)構(gòu)采用碳纖維和粘鋼對(duì)樓板和梁進(jìn)行了加固。

新建的屋蓋和立面幕墻鋼結(jié)構(gòu)為大跨度空間體系結(jié)構(gòu)。由標(biāo)準(zhǔn)單元（圖4）和單元間連系桿件組成。標(biāo)準(zhǔn)單元包括兩端鉸接的鋼立柱、外立面的平面框架、鋼管支撐和箱形鋼梁，部分節(jié)點(diǎn)為鑄鋼件。鋼屋蓋跨度24 m，高度為18.64 m。屋蓋和幕墻鋼結(jié)構(gòu)架立在新建勁性混凝土立柱和既有3層混凝土屋面上。

圖4 出發(fā)大廳空間鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元三維示意

1.2 建筑改造概況

出發(fā)大廳新建鋼結(jié)構(gòu)屋面采用了單層防水卷材屋面形式，在靠近外立面的位置設(shè)置了玻璃天窗。立面幕墻為造型鋁板和玻璃幕墻相間的形式。雨篷大部分為鋁板幕墻，靠近外立面的位置為玻璃天窗。

2 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的安裝

2.1 安裝流程

T1航站樓新建出發(fā)大廳幕墻和屋面鋼結(jié)構(gòu)與雨篷是一體化設(shè)計(jì)。對(duì)于這樣一個(gè)大量采用兩端銷軸連接的鋼構(gòu)件，同時(shí)外立面和屋面是一個(gè)整體的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)，構(gòu)件安裝的空間關(guān)聯(lián)性很高，同時(shí)對(duì)構(gòu)件加工精度要求很高。整個(gè)出發(fā)大廳結(jié)構(gòu)安裝分為3個(gè)階段[1-2]：

2）安裝幕墻和屋面鋼結(jié)構(gòu)。首先安裝固定在勁性混凝土柱上的兩端鉸接鋼立柱，下鉸接點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)固定，并采用纜風(fēng)繩以提高穩(wěn)定性。然后安裝外立面的幕墻鋼結(jié)構(gòu)部分，該部分通過鋼管支撐與鋼立柱相連，施工中用φ609 mm鋼管作臨時(shí)支撐。最后安裝屋面鋼結(jié)構(gòu)部分，屋面鋼梁下也采用鋼管臨時(shí)支撐（圖5）。待2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元形成并橫向連接成整體后，即可拆除鋼管臨時(shí)支撐及鉸接點(diǎn)臨時(shí)限位，完成卸載。

圖5 出發(fā)大廳空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程示意

3）安裝雨篷鋼結(jié)構(gòu)。雨篷鋼結(jié)構(gòu)與立面幕墻鋼結(jié)構(gòu)及勁性混凝土柱相連，待幕墻和屋面鋼結(jié)構(gòu)形成并卸載后安裝。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系形成后，移交給專業(yè)單位進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)測(cè)及幕墻屋面的安裝。

2.2 施工設(shè)備

施工中采用了1臺(tái)安裝在出發(fā)大廳2層結(jié)構(gòu)上的STT293行走式塔吊進(jìn)行屋蓋鋼結(jié)構(gòu)安裝，1臺(tái)停在樓前高架上的50 t汽車吊作為輔機(jī)并完成后繼雨篷鋼結(jié)構(gòu)的安裝。軌道布置在軸主梁上，軌距7.6 m。塔吊安裝拆除均使用1臺(tái)120 t汽車吊進(jìn)行，汽車吊停在航站樓樓前高架上。當(dāng)塔吊進(jìn)行定點(diǎn)吊裝時(shí)，最大輪壓為758.7 kN；當(dāng)塔吊行走時(shí)，最大輪壓為547.4 kN。

經(jīng)計(jì)算復(fù)核，750 mm×300 mm主梁承載能力無法滿足塔吊荷載，因此擬在2層樓面柱頭加設(shè)轉(zhuǎn)換鋼梁。塔吊軌道布置在位于軸的轉(zhuǎn)換鋼梁上，鋼梁截面尺寸為箱形980 mm×800 mm×20 mm×40 mm。鋼梁擱置在與柱頭后置埋件相連的鋼支座上，另在鋼梁兩側(cè)設(shè)置側(cè)向支撐以保障鋼梁穩(wěn)定（圖6）。通過采用該措施，混凝土柱把鋼梁傳遞來的荷載直接傳遞到樁基上，混凝土梁不承受塔吊荷載，也就不用加固。

圖6 塔吊吊裝布置

3 施工模擬

空間鋼結(jié)構(gòu)在施工前通常需要進(jìn)行施工模擬，通過分析了解結(jié)構(gòu)在施工過程中的應(yīng)力和變形狀態(tài)，主要包括以下幾個(gè)方面[3-5]：

1）空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的受力狀態(tài)完全不同于使用階段，有時(shí)施工階段的結(jié)構(gòu)應(yīng)力會(huì)大于使用階段的。這時(shí)要通過施工方案的優(yōu)化來防止施工階段的應(yīng)力超出允許范圍，即使未超出允許范圍也要避免應(yīng)力累積到使用階段，降低結(jié)構(gòu)的安全度。

2）空間鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中往往會(huì)采用鋼管支撐、拉索等臨時(shí)措施，通過施工過程分析也可以了解這些臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性。

3）空間鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)，臨時(shí)措施的移除也就是卸載會(huì)伴隨著結(jié)構(gòu)變形。這些變形的狀態(tài)和施工過程密切相關(guān)，與設(shè)計(jì)過程中的一次加載產(chǎn)生的變形會(huì)有很大的不同。通過施工分析可以采取相應(yīng)的預(yù)變形手段，保證成型結(jié)構(gòu)的外形。

為此，我們建立了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系施工MIDAS模型（圖7）。模型不僅包括了轉(zhuǎn)角以及標(biāo)準(zhǔn)單元等主要部分，也包括了臨時(shí)支撐。屋面和幕墻等非結(jié)構(gòu)部分以荷載形式在模型中體現(xiàn)。施工模擬的分析步驟和實(shí)際施工步驟一致。

施工分析顯示，外立面屋架下臨時(shí)支撐最大軸力為160 kN，通過路基箱的擴(kuò)散，樓面結(jié)構(gòu)滿足荷載要求。雨篷鋼結(jié)構(gòu)懸挑約為9.8 m，雨篷的豎向變形（圖8）在西側(cè)靠近變形縫位置較大，為122 mm（設(shè)計(jì)預(yù)起拱110 mm），轉(zhuǎn)角處計(jì)算變形為93 mm（設(shè)計(jì)預(yù)起拱90 mm）。這些設(shè)計(jì)預(yù)變形在深化及加工制作時(shí)候就已考慮。

圖7 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工計(jì)算模型（局部）

圖8 雨篷鋼結(jié)構(gòu)變形示意（局部）

計(jì)算屋脊最大豎向變形為33 mm，幕墻柱頂端最大水平變形為22 mm。這些變形在設(shè)計(jì)施工圖中并未要求，在施工過程進(jìn)行了預(yù)變形處理。

4 結(jié)語(yǔ)

上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓改造工程是在既有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改建，其出發(fā)大廳原混凝土屋面拆除，新建了大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面。該屋面鋼結(jié)構(gòu)與外立面幕墻和雨篷鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。

針對(duì)這種新穎的結(jié)構(gòu)形式，并結(jié)合既有2層樓面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理地布置了機(jī)械設(shè)備及臨時(shí)支撐，保證了結(jié)構(gòu)的安裝。同時(shí)通過結(jié)構(gòu)分析，掌握了結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)，合理地設(shè)置了結(jié)構(gòu)預(yù)變形，保證了結(jié)構(gòu)成型后的外形，為后繼幕墻和屋面施工創(chuàng)造了條件。該改造項(xiàng)目的實(shí)施可以為將來類似項(xiàng)目提供參考。