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既要節省用鋼又要保證安全 阿爾及爾新機場這樣造
來源:建筑鋼結構網  作者:  時間:2018-06-20   關鍵詞:阿爾及爾 新機場  

摘要: 作者|須臾千秋,清華大學土木工程博士 近些年來,中國建筑企業承建了一帶一路沿線國家許多大規模工程,其中在非洲的深耕程度最高,而

   作者| 須臾千秋,清華大學土木工程博士

    近些年來,中國建筑企業承建了一帶一路沿線國家許多大規模工程,其中在非洲的深耕程度最高,而阿爾及利亞就是典型代表。

  阿爾及利亞位于北非,人口4000萬,是世界第二大天然氣出口國,非洲的第四大經濟體。現如今,阿爾及利亞的首都阿爾及爾正在逐漸崛起成為北非的重要交通樞紐,建于2006年、旅客吞吐量僅為500萬人次的舊機場已然不堪重負。

  為此,自2014年開始,阿爾及爾市開始在舊機場的西側興建新機場,而承建這座新機場項目的正是中國的建筑企業。

  (阿爾及爾新機場效果圖)

  (一)最復雜的鋼結構施工,如何改變傳統?

  阿爾及爾的新機場可以利用舊有機場的跑道,主要建設項目是一座鋼結構的航站樓和一座能源中心。

  航站樓的屋面鋼結構最大跨度達180米,拱高45米,節點復雜,被業界譽為“世界上設計、施工難度最大、復雜程度最高”的鋼結構項目之一。

  (施工中的航站樓)

  這一巨大的跨度對于傳統的鋼結構而言是難以實現的。

  如果采用傳統的變截面箱形鋼梁,屋面就會產生較大的彎矩,從而導致用鋼量過大,既浪費資金,又影響建筑安全。此外,由于跨度太大,傳統的H型次梁還會導致面外失穩的問題,影響結構安全性。過大的跨度還會導致鋼箱梁內部的結構過于復雜,焊接量大,很容易引起構件變形。此外,面對大跨度結構,傳統鋼結構還面臨施工組織難度大、節點連接復雜、施工風險大等問題。

  按照合同約定,結構的用鋼量只有一萬噸,但如果按照傳統的建造方法,用鋼量至少也要一萬四千噸才能保障安全,這一差額是無法彌補的。因此,阿爾及爾機場的建造必須采用全新的結構模式。

  (航站樓內景)

  中國施工方運用現代價值工程理念,對鋼結構方案展開了優化設計,采用變截面的倒三角桁架代替原來的箱形鋼梁,充分利用三角桁架桿件的上弦受壓、下弦受拉軸向受力性能,使鋼材的受力性能得以充分發揮,不僅結構形式合理,用鋼量也大大節約。

  此外,工程師們還巧妙地利用箱型次梁代替H型次梁,調整了結構性能的各項系數,在適當的位置增加支撐,大幅度減小了用鋼量,同時還降低了結構自重,使得抗震能力大為增強。

  新設計方案的預制化程度還大為增加,采用螺栓連接代替了原來的焊接,減少現場危險而麻煩的高空仰焊作業,極大地加快了施工進度。此外,新方案還使用普通鋼材節點替換原設計中的鑄鋼節點,僅這一項就節約了576萬元的成本。

  (專門生產的鑄鋼節點)

  在機場內部,工程師們還進行了一項大膽的嘗試,即在現有每根108米跨度的主梁下,加一根樹狀結構柱子。

  這種樹狀結構柱力流明確、可縮小屋面跨度、兼作結構耗能構件及結構美觀功能,達到了減小屋面在強震作用和風荷載作用下的水平位移、提高鋼結構安全度的目的。這些增加的柱子還大大降低了主梁的負擔,減小了主梁自重,進而大大加快了施工速度,降低施工難度。

  (航站樓鋼架內的樹形柱)

  巧妙的設計意味著極高的精度要求。航站樓主桁架之間的連接由6個桿件、312個高強螺栓進行直接高空對接,誤差需控制在2毫米以內,此種難度可想而知。

  為滿足加工進度,工程師們采取對桁架在加工廠內進行預拼裝的措施,取得了理想的效果,整個鋼結構的優化施工和安裝最終僅僅耗時4個月,在工期上和造價上都有了顯著的節省。

  (二)在北非大沙漠里修機場,如何對抗毒辣的陽光?

  阿爾及爾機場位于地中海南岸的茫茫沙漠之中,這里晝夜溫差巨大,陽光毒辣,建筑材料的老化速度非常快。尤其是地中海的特殊氣候環境,使得這里冬季溫和多雨,夏季炎熱干燥,而建筑的防水材料通常是由高分子有機物制成的,很容易被干熱的氣候造成巨大破壞,從而嚴重降低使用壽命。

  阿爾及爾機場采用了S80-10型瀝青聚氨酯防水涂料。這是一種雙組份反應型液態涂膜防水材料,常溫固化后就能形成富有彈性的整體化橡膠狀防水層,防水性能可靠。它尤為引人注目的優點就是耐熱耐寒性能極好,抗老化性能極佳。

  然而,這種材料的施工并不簡單。它要經過清理、找平、多次涂刷與多次鋪設無紡布才能完成,在整個施工過程中必須十分謹慎,才能避免材料的起泡和膨裂,這對施工人員的技術有很高的要求。

  不僅僅是來自空中的降水要防,地下水也要防。

  在阿爾及爾機場工程中,工程師們使用了鈉基膨潤土防水毯來做地下防水。這是一種新型的防水材料,性能優越。在遇水時,鈉基粒子膨潤土可以膨脹至24倍,形成黏性高且濾失量低的均勻膠體系統,在土工布的限制下充分密實,進而有效防水。

  由于這是一種天然無機材料,因此對人和土壤都無毒無害,對環境沒有特別的影響,具有良好的環保性能。

  它的施工簡便,效率高,不需要像傳統防水材料那樣進行加熱和粘貼,只需用膨潤土粉末和釘子、墊圈進行搭接和固定即可。

  鈉基膨潤土防水毯是現有防水材料中施工工期最短的,施工后無須花費大量人力進行檢查,如果發現防水缺陷也容易維修,被廣泛應用于國內大、中型工程的地下防水,如水利、機場、隧道等工程中。

  (鈉基膨潤土防火毯)

  盡管鈉基膨潤土性能優良,然而它在國際市場上仍然未能推廣。由于缺乏成功的施工經驗和足夠多的建設項目,國際市場對鈉基膨潤土的防水性能仍然將信將疑。不過,阿爾及爾機場中鈉基膨潤土的成功運用,已經足以為以后的項目提供借鑒。

  可以說,未來將會有越來越多的技術,在中國人的證明和推廣下走向世界。

  (三)不止新機場,原來舊機場也是中國建的?

  其實,不要看了阿爾及爾新機場就覺得中國建筑企業很了不起。事實上,就連該國2006年建成的舊機場也是中國建的。

  從1982年開始,中國建筑企業已經在阿爾及利亞深耕了36年,從最初的普通住宅項目到如今遍布阿爾及利亞全國的基建和高端公共設施,中國建筑企業率先為中國企業實施海外戰略做活了第一個“眼”。

  (阿爾及爾機場的原航站樓)

  在1991年阿爾及利亞內戰爆發、外商紛紛撤離的情況下,只有中國建筑企業堅持留了下來與阿國人民共患難。

  堅守必然獲得回報,正是這種同生共死的經歷,奠定了中國建筑企業在阿爾及利亞政府和人民心中的地位,讓中國企業擊敗了許多國際頂尖承包商,接下了無數大單,甚至包括外交部新辦公大樓、憲法委員會辦公大樓、國家會議中心這些國家政府機關。

  在2003年5月,阿爾及爾舊機場的施工過程中恰逢一次6.7級大地震,項目部租用的當地人的一座樓房倒塌,9名員工不幸犧牲在了異國他鄉。然而這次地震后,中國企業建設的房屋和工程無一倒塌,機場的建設也沒有被耽擱。

  這次地震后,中國制造的過硬質量和中國工程師們的專業態度被阿爾及利亞全國看在眼里。

  結語

  阿爾及爾的新機場占地65萬平方米,項目總投資8.9億美元,包括新航站樓、配套高架橋和停車場以及新的停機坪,年旅客吞吐量達到1000萬人次,具備國際民航協會A級標準。

  它于2014年12月25日開工,即將于2018年內建成通航。屆時,阿爾及利亞的經濟發展將會更加迅速,與中國的聯系也會日益緊密。

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