大節(jié)段復(fù)雜異型曲拱鋁合金單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)

摘 要:上海辰山植物園東北塊展覽溫室工程是由三個(gè)異型空間曲面組成的溫室建筑，整體為三向網(wǎng)格劃分的鋁合金空間大節(jié)段復(fù)雜曲拱網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、支座形式及結(jié)構(gòu)連接都有別于通常意義上的鋁合金格構(gòu)結(jié)構(gòu)，對空間定位、桿件安裝、節(jié)點(diǎn)安裝等施工的要求較高，本文著重介紹了該工程施工中的質(zhì)量控制技術(shù)，可為類似工程的施工控制提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞:溫室工程網(wǎng)殼鋁合金曲面

中圖分類號:TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0049-02

1 工程概況

上海辰山植物園展覽溫室工程位于辰山植物園東北地塊，為一座新建的大型市政公共建筑，該工程為上海市“十一五”規(guī)劃中生態(tài)建設(shè)的主要項(xiàng)目，建成后將是集建筑學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、建筑環(huán)境工程、美學(xué)為一體的綜合項(xiàng)目。

本工程是由A、B、C區(qū)組成的三個(gè)橢球體異形空間曲面溫室建筑，整體為三向網(wǎng)格劃分的鋁合金空間大節(jié)段復(fù)雜曲拱網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(C區(qū)外觀如圖1所示)及玻璃面板的組合，三個(gè)溫室建筑高度分別為:21.41m、19.65m、16.92m;投影面積約為:5554m2、4525m2、2796m2，溫室A南北向長軸約203m，東西向短軸約33m，溫室B長軸約128m/99m，短軸約39m，溫室C長軸約110m，短軸約33m。各區(qū)跨度均較大，該跨度的鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)乃至國際類似建筑中的應(yīng)用尚屬首次。

本工程網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)材料選用T6061-T6型鋁，結(jié)構(gòu)桿件采用工字形擠壓型材，板式節(jié)點(diǎn)鉚接的支撐體系組成結(jié)構(gòu)體系;節(jié)點(diǎn)板采用不少于8mm厚T6061-T6鋁材;緊固件材料采用7075-T73陽極氧化鋁或300系列不銹鋼，密封材料選用硅酮材料，JS-2000，結(jié)構(gòu)膠選用JS-6000。

2 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

由于本工程結(jié)構(gòu)形狀特殊且跨度較大，目前在同類大跨度結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用尚不多見，根據(jù)查閱相關(guān)資料，目前類似結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量控制技術(shù)僅在文獻(xiàn)[1-3]中有所論述，結(jié)合本工程的實(shí)際，在施工中存在較多的難點(diǎn)，具體如下:體型復(fù)雜，成熟經(jīng)驗(yàn)較少;橢球體空間測量定位難，測量精度要求較高;預(yù)埋件埋設(shè)精度、支座滑移構(gòu)造、節(jié)點(diǎn)及構(gòu)件制作的安裝精度高，誤差控制難度較大;玻璃幕墻安裝風(fēng)險(xiǎn)大，拼接縫防水要求較高;需制定相應(yīng)施工規(guī)程及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

3 施工控制技術(shù)

3.1 節(jié)點(diǎn)加工質(zhì)量控制

按照設(shè)計(jì)方案，需要各種規(guī)格節(jié)點(diǎn)約一萬余件，節(jié)點(diǎn)選用6061的高強(qiáng)度鋁合金板材為加工原材料，根據(jù)工程外型需要，大部分節(jié)點(diǎn)平面折彎角度會(huì)略有不同，每一塊節(jié)點(diǎn)的整體外形的微小差異，是保證整體拼裝建筑效果的關(guān)鍵，圖2中體現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)在整體建筑中起到的作用。

由于大部分單一節(jié)點(diǎn)折彎角度的不同，對節(jié)點(diǎn)表面的各孔平面角度分配精度，各孔垂直角度精度要求較高。

整個(gè)節(jié)點(diǎn)加工可分割為五個(gè)步驟，為了確保加工精度，選用精度高的數(shù)控車床和立式多軸加工中心。運(yùn)用MAYA和MASTERCAM專業(yè)軟件編寫了相應(yīng)進(jìn)行程序，通過調(diào)用相關(guān)子程序，使用三軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心，通過精確的點(diǎn)、鉆孔，完成全部節(jié)點(diǎn)平面孔加工。單步驟產(chǎn)品工序完成后，敲相應(yīng)的鋼印，全件倒毛刺，擦拭干凈，當(dāng)完成所有孔位的加工后，對外形進(jìn)行加工。

3.2 球體安裝質(zhì)量控制

3.2.1 空間測量定位控制

平面控制網(wǎng)的布置和測設(shè)分初測和精測兩步進(jìn)行，為方便施工測量，首先將建筑物城市坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成建筑坐標(biāo)系，以結(jié)構(gòu)體型長軸為X軸、短軸為Y軸建立建筑坐標(biāo)系;通過平移，旋轉(zhuǎn)關(guān)系將城市坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為建筑坐標(biāo)系。

初測首先確定主軸線的位置，用全站儀采用極坐標(biāo)法在現(xiàn)場樁定各主軸線點(diǎn)，然后，進(jìn)行埋石定位。

精測時(shí)，全站儀架設(shè)O點(diǎn)，用方向法6測回精確測定主軸線的正交角，距離采用對象觀測6測回，然后進(jìn)行角度歸化改正，改正值:δ=αL/206265mm。α=實(shí)測角度值-90s，經(jīng)反復(fù)修正直至角度誤差小于2s。

二級控制網(wǎng)在首級控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密，測設(shè)各圓心點(diǎn)及軸線;各軸線控制樁經(jīng)復(fù)核無誤后作為建筑物平面控制網(wǎng)，并定期進(jìn)行復(fù)核。

以現(xiàn)場高程控制點(diǎn)為依據(jù)，采用S3水準(zhǔn)儀以中絲讀數(shù)法往基礎(chǔ)擋墻測設(shè)復(fù)核水準(zhǔn)路線，將高程引測到基礎(chǔ)混凝土施工面上，并標(biāo)明數(shù)據(jù)。

以建筑坐標(biāo)系中的三維空間坐標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行測量控制，測量控制采用全站儀進(jìn)行，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.2.2 預(yù)埋件埋設(shè)精度及支座滑移控制

預(yù)埋件安裝的精度是保證網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵，為了保證預(yù)埋件的測量放樣精度并提高工作效率，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的埋件坐標(biāo)關(guān)系，加工了若干鋼板套模，并以每個(gè)埋件中心點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)點(diǎn)將相鄰兩個(gè)坐標(biāo)關(guān)系標(biāo)識(shí)在套模上。利用全站儀按初測和精測兩步進(jìn)行，將設(shè)計(jì)要求的每個(gè)埋件坐標(biāo)(三個(gè))點(diǎn)投放到套模預(yù)先設(shè)置的標(biāo)識(shí)點(diǎn)上，以此控制埋件的位置。

根據(jù)在套模測量坐標(biāo)位置先將錨竿固定在剪力墻的鋼筋上，為了防止預(yù)埋錨栓偏位，在錨栓下端用60*80的角鋼焊成的方框予以固定，上端用套模固定，套模和50*80角鋼方框同時(shí)控制四根錨栓整體平面位置和標(biāo)高。

施工中為防止?jié)矒v混凝土?xí)r埋件移位，采用一次澆搗成型混凝土澆筑方案，并通過對埋件橫向二側(cè)進(jìn)行張拉固定。

3.2.3 桿件安裝誤差控制

為了防止安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差、消除桿件安裝過程中所產(chǎn)生的積累誤差，采用滿堂架空支撐腳手搭設(shè)、高空單件散裝方案，在安裝過程中采用預(yù)安裝、正式安裝的施工步驟。

首先根據(jù)測量放樣的支座中線點(diǎn)安裝支座并點(diǎn)焊固定，進(jìn)行首圈桿件安裝，然后從建筑物中間的固定支座對稱開始，沿建筑物短軸向球體中間拼裝桿件，三個(gè)支座為一單元組進(jìn)行安裝，因桿件安裝時(shí)呈拋物線形狀，安裝過程中隨時(shí)利用腳手架及專用絲桿調(diào)節(jié)支撐，保證桿件在不受外力的情況下自然擱置在撐桿上，并用橡皮和木塊襯墊，防止桿件、節(jié)點(diǎn)外部涂裝層的劃傷，待初始單元拼裝完備后，沿初始單元兩側(cè)支座每三個(gè)支座一組按初始單元安裝方法進(jìn)行安裝，以后依次類推。

為保證先行安裝的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形， 先行安裝的三個(gè)單元利用腳手架為支撐將桿件撐起，待此安裝構(gòu)件形成空間穩(wěn)定體系后，利用結(jié)構(gòu)自身的剛度進(jìn)行安裝。

環(huán)向安裝隨緯向呈階梯分段安裝，階梯型桿件在安裝時(shí)需間隔加臨時(shí)支撐，保證桿件不因斜挑自重而變形。

桿件安裝過程中及時(shí)復(fù)核安裝偏差，保證建筑外形及桿件安裝固定牢固，受力均勻。

3.2.4 玻璃安裝控制

玻璃安裝先從建筑物的頂部中間開始向四周由上自下進(jìn)行安裝。安裝前，在待安裝玻璃處上下邊框的內(nèi)側(cè)粘貼低發(fā)泡間隔方膠條，膠條的寬度與設(shè)計(jì)的膠縫寬度相同，電動(dòng)吸盤機(jī)必須定位，左右對稱，且略偏玻璃中心上方，使起吊后的玻璃不會(huì)左右偏斜和轉(zhuǎn)動(dòng)。安裝時(shí)先將玻璃試起吊，將玻璃吊起2～3cm，以檢查各個(gè)吸盤是否都牢固吸附玻璃。

吊放時(shí)慢慢下放，保證玻璃能被放入到底框槽口內(nèi)，且要避免玻璃下端與金屬槽口磕碰;玻璃就位后要檢查玻璃側(cè)邊的縫隙是否相等，且符合設(shè)計(jì)要求，然后安裝上部外金屬夾扣，填塞上下邊框外部槽口內(nèi)的泡沫塑料圓條，使安裝好的玻璃臨時(shí)固定。

施工時(shí)所有注膠部位的玻璃和金屬表面用丙酮或?qū)Ｓ们鍧崉┎潦酶蓛簦⒛z部位表面必須干燥，且沿膠縫位置粘貼膠帶紙帶，防止硅膠污染玻璃，膠縫的寬度通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定，其施工時(shí)須符合設(shè)計(jì)要求。

最后檢查膠縫并進(jìn)行必要的修補(bǔ)，并將玻璃內(nèi)外表面清洗干凈。

4 工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收

本工程橢球體采用鋁合金網(wǎng)殼與玻璃面板的組合，如此大跨度的鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)應(yīng)用尚屬首次，還沒有相應(yīng)的施工規(guī)程及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)本工程的質(zhì)量要求高，工程建設(shè)形象要求高。針對本工程特點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合上海科技館卵形鋁鈦合金單層網(wǎng)殼球體結(jié)構(gòu)、上海馬戲城鋁鈦合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等工程的經(jīng)驗(yàn)積累，參照《鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、上海市《鋁合金格構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》、《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》及《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》等驗(yàn)收規(guī)范，同時(shí)借鑒美國泰康公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)擬定可靠實(shí)用的施工規(guī)程及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)過專家審定，作為本工程的施工規(guī)程及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

本工程采用鋁合金空間大節(jié)段復(fù)雜曲拱網(wǎng)殼及玻璃面板的組合結(jié)構(gòu)，技術(shù)復(fù)雜、施工難度較大，通過采取上述控制措施，建設(shè)過程中未發(fā)生明顯的質(zhì)量和安全問題，并順利通過竣工驗(yàn)收;該工程建成至今已近一年，未發(fā)生滲水現(xiàn)象，效果較好，本文所采取的質(zhì)量控制措施可為類似工程的施工控制提供參考。

參考文獻(xiàn)

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