超大型雙曲面鋁條板吊頂在某機(jī)場(chǎng)航站樓的應(yīng)用

梅啟旺

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)近幾年來(lái)興建了許多如航站機(jī)、會(huì)展中心等大型建筑。大空間建筑天花吊頂設(shè)計(jì)及施工都面臨著很大的挑戰(zhàn)，大部分都是采用大曲面網(wǎng)架的屋面結(jié)構(gòu)形式，下弦的吊頂技術(shù)也得到不斷提升及創(chuàng)新。本文根據(jù)工程案例，對(duì)大型雙曲面鋁條板吊頂?shù)陌惭b施工進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：航站樓；雙曲面；天花吊頂；難點(diǎn)及特征

一、工程概況

某機(jī)場(chǎng)航站樓主屋面采用大型鋼網(wǎng)架，覆蓋航站樓全部室內(nèi)空間，天花吊頂總面積約14萬(wàn)m2，見(jiàn)圖1。金屬條形板應(yīng)用半開(kāi)放形式，方向?yàn)槟媳狈较?，貫穿最長(zhǎng)為700m。同時(shí)采用網(wǎng)架協(xié)調(diào)的三角形安裝單元（金屬條板及后部支撐框架組成）方式，每個(gè)單元之間轉(zhuǎn)接件相連并與主體結(jié)構(gòu)相連。

圖1 平面圖

二、吊頂特征與難點(diǎn)

（一）大型空間的曲面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在進(jìn)行吊頂安裝施工時(shí)存在網(wǎng)架變形較大及球節(jié)點(diǎn)有施工誤差、結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、測(cè)量定位難等特征。

應(yīng)用三角形單元布置在下弦吊頂，可以適應(yīng)雙曲面的空間變化，通過(guò)六角法蘭將骨架單元與網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)連接并消除球節(jié)點(diǎn)位置不準(zhǔn)所造成的施工誤差，當(dāng)然也可以同時(shí)滿足三角形龍骨單元隨著雙曲面空間變化。

天花吊頂施工前需要先對(duì)網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)認(rèn)真測(cè)量，分段或分區(qū)域找好龍骨吊桿的固定位置，讓主龍骨所組成的三角形吊頂單元與屋面網(wǎng)架一致，同時(shí)盡可能地減少規(guī)格型號(hào)以利于施工。

（二）本工程吊頂為雙曲面，規(guī)模及氣勢(shì)較大，在施工方面體現(xiàn)出了施工工藝先進(jìn)、速度快、精度高、工作效率高、質(zhì)量容易保證等特征，充分體現(xiàn)了新材料、新技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

三、吊頂系統(tǒng)施工組織設(shè)計(jì)

總體吊頂設(shè)計(jì)思路：主屋面吊頂由加工廠預(yù)制三角形單元板塊，連接構(gòu)件與網(wǎng)架球點(diǎn)固定好單元框架，在連接上可以三維調(diào)節(jié)，比較適用于本大型項(xiàng)目不同固定條件。龍骨框架上部與節(jié)點(diǎn)一直維持垂直固定，底部隨著房頂?shù)那市D(zhuǎn)，鋁板條通過(guò)支架與單元龍骨框架固定在一起。在平面投影圖上，板條被設(shè)置成整齊間距，它與結(jié)構(gòu)布置網(wǎng)格和柱位置一致，該平面圖上的位置應(yīng)投影到吊頂?shù)脑O(shè)計(jì)曲面表面上。每條吊頂板能從吊頂安裝單元上方便地拆卸，每個(gè)吊頂三角形單元能整體拆卸，以便進(jìn)行維護(hù)和更換。

四、施工技術(shù)要點(diǎn)及解決措施

（一）工藝流程

施工圖紙深化→鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)高程測(cè)量→吊頂定位放線→吊頂?shù)鯒U組件安裝→吊頂骨架拼裝吊裝→隱蔽工程驗(yàn)收→天花吊頂面板安裝→面板調(diào)平→清洗→施工驗(yàn)收。

（二）測(cè)量難點(diǎn)解決措施

由于工程屬于超大型雙曲面，測(cè)量存在一定的難度。我們?cè)趯?duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行逐個(gè)復(fù)合測(cè)量各個(gè)球點(diǎn)的標(biāo)高，計(jì)算好吊頂完成面距離球點(diǎn)的垂直距離，這些需要標(biāo)注在球節(jié)點(diǎn)上作為施工高程的控制點(diǎn)。由于在施工過(guò)程中所產(chǎn)生的鋼網(wǎng)網(wǎng)格變化及屋蓋荷載下沉距離，另外還有鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)架產(chǎn)生位移等情況，特別是下沉較大的網(wǎng)架球點(diǎn)，我們需要作好適當(dāng)調(diào)整吊頂完成面的高程，讓吊頂有足夠的空間距離。

（1）為保證測(cè)量精確度，我們還采取了以下解決措施：

①控制及攝影

機(jī)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)平面布置為 Y字形，需測(cè)量的網(wǎng)架下弦球點(diǎn)共11300個(gè)。首先在平面圖上對(duì)每個(gè)下弦球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，Y形測(cè)量控制線如圖2所示。

圖2 測(cè)量控制線示意

應(yīng)用P31專業(yè)相機(jī)，拍攝200張像片中每隔5張像片布設(shè)3個(gè)像片控制點(diǎn)。為了測(cè)定像片控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)在下邊建立三維控制網(wǎng)。

②測(cè)定目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)

使用解析測(cè)圖儀或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，量測(cè)控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。光束法攝影測(cè)量網(wǎng)平差是根據(jù)共線條件確定圖像空間外方位元素，同時(shí)顧及內(nèi)方位元素的攝影測(cè)量平差方式。

共線方程：

式中：x，y為圖像坐標(biāo)；Xs，Ys，Zs為攝影中心坐標(biāo)；C，Y，Z為目標(biāo)方（控制點(diǎn)）坐標(biāo)；a1，a2，a3；b1，b2，b3；c1，c2，c3為圖像空間方位旋轉(zhuǎn)矩陣；x0，y0為圖像主點(diǎn)坐標(biāo)；f為相機(jī)焦距。

③ 精度控制措施

近景攝影測(cè)量的精度與攝影距離、相機(jī)焦距和攝影基線有關(guān)。若相機(jī)焦距為100mm，針對(duì)上述攝影方案可?。簲z影距離30m，估算測(cè)量精度約3mm；攝影距離50m，估算測(cè)量精度約 5mm。顧及控制點(diǎn)精度，總體點(diǎn)位精度約8mm。施工時(shí)劃分區(qū)段，將誤差消除在每區(qū)段，以免誤差累積。在設(shè)計(jì)上，鋼網(wǎng)架下弦球安裝了350mm 轉(zhuǎn)接圓盤，可抵消100mm水平方向誤差，龍骨和轉(zhuǎn)接圓盤間的吊桿可消除豎直方向誤差（見(jiàn)圖5）。

（三）吊頂定位放線方法

該施工工法以工程測(cè)量為依據(jù)，先對(duì)曲面網(wǎng)架球點(diǎn)三維位置進(jìn)行測(cè)量及計(jì)算，得出每個(gè)六邊形的實(shí)際邊長(zhǎng)后再分析該邊長(zhǎng)所接近的區(qū)域，構(gòu)成相應(yīng)三角形單元近似邊長(zhǎng)。然后再該區(qū)域內(nèi)通過(guò)測(cè)量放線找出三角形龍骨吊點(diǎn)的控制軸線，計(jì)算主龍骨下料尺寸，通過(guò)確定三角形單元主龍骨最接近區(qū)域和連接點(diǎn)構(gòu)件三維方向，消化誤差，從而最大限度地減小龍骨尺寸，方便構(gòu)件批量加工及安裝。測(cè)量分區(qū)須將測(cè)量誤差在各個(gè)分段內(nèi)消耗，不累計(jì)，控制軸線始終一致。

（1）

根據(jù)高程控制點(diǎn)，運(yùn)用

（2）

（四）吊頂?shù)鯒U組件安裝

整個(gè)吊頂系統(tǒng)是由吊頂三角安裝單元組裝而成，吊頂單元之間通過(guò)六角球面法蘭相連接（圖3）。六角法蘭及吊軸組件連接到屋面鋼網(wǎng)架的下弦球結(jié)點(diǎn)上。

圖3 三角形單元的連接

（1）吊桿與網(wǎng)架上弦球節(jié)點(diǎn)的連接

當(dāng)?shù)蹴斎前惭b單元交點(diǎn)處沒(méi)有下弦球結(jié)點(diǎn)時(shí)，此時(shí)通過(guò)中心吊件與網(wǎng)架球上弦球點(diǎn)連接（圖4）。施工方法是，將焊接支座牢固焊接在網(wǎng)架上弦球上，然后，中心吊件通過(guò)三根長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的絞桿懸吊焊接支座上，所有連接必須牢固可靠。

圖4吊桿與網(wǎng)架上弦球點(diǎn)連接

（2）吊桿與網(wǎng)架下弦球節(jié)點(diǎn)的連接

吊桿與網(wǎng)架下弦球節(jié)點(diǎn)的連接根據(jù)網(wǎng)架球的不同有兩種不同方式：當(dāng)網(wǎng)架下弦球?yàn)楹附忧驎r(shí)，直接在網(wǎng)架球上焊接一個(gè)焊接支座，龍骨吊桿直接通過(guò)螺栓擰緊在焊接支座上；當(dāng)網(wǎng)架下弦球?yàn)槁菟ㄇ驎r(shí)，此時(shí)由于不能在網(wǎng)架球上直接焊接，龍骨吊桿焊接在一個(gè)轉(zhuǎn)接鋼板上，轉(zhuǎn)接鋼板中心通過(guò)螺栓與螺栓球底面的螺栓孔連接（圖5）。螺栓擰入螺栓球內(nèi)長(zhǎng)度必須滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

圖5 吊桿與網(wǎng)架下弦球節(jié)點(diǎn)的連接

（五）吊頂骨架拼裝吊裝

龍骨在安裝前應(yīng)組裝好，主龍骨截面為三角形，副龍骨截面為菱形，他們之間通過(guò)連接件（圖6）組裝成三角形單元，三角形單元水平方向的安裝誤差通過(guò)該連接件的伸縮來(lái)消化。組裝完成后，將三角形龍骨架體安裝在龍骨吊桿上，龍骨吊桿下先安裝一個(gè)六角法蘭，三角形龍骨每一個(gè)角與六角法蘭相應(yīng)的角連接后，用螺栓固定，三角形單元隨曲面的變化和適應(yīng)網(wǎng)架的運(yùn)動(dòng)通過(guò)該六角法蘭的三維轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。龍骨安裝完后，必須調(diào)平，使龍骨表面平整度、接縫寬度和起拱符合設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收。龍骨調(diào)整不平，將影響天花面板觀感效果。

圖6 三角形龍骨單元及扣件構(gòu)造

（六）天花吊頂面板安裝

天花面板截面呈U型，它通過(guò)特制的彈簧安裝扣固定（圖7）在主副龍骨上。

圖7 彈簧安裝扣

（七）面板調(diào)平

面板調(diào)平質(zhì)量關(guān)乎到整體天花外觀效果，同時(shí)也是天花吊頂最后一道工序。

（八）伸縮縫的處理

我們?cè)谶M(jìn)行伸縮縫時(shí)，由于鋼屋網(wǎng)架受溫度影響較大，為了保證天花吊頂整體效果，在金屬條形面板分縫與伸縮縫方向一致時(shí)，我們適當(dāng)加大該處的分縫寬度，避免金屬條板在網(wǎng)架伸縮時(shí)相碰。在金屬條形面板分縫與伸縮縫方向不同時(shí)設(shè)置一條假縫，也就是在該伸縮縫處增加一段長(zhǎng)度約為50～60cm的略小的條板，將該條板插入伸縮縫兩邊的面板內(nèi)，一端固定，一端放松，該條板就可以隨著網(wǎng)架的變化而變化，不影響天花整體觀感效果。

（九）天花清理

上述工序施工完成后，安排專人用柔軟布料對(duì)天花板構(gòu)件進(jìn)行清理，去掉天花板構(gòu)件表面的污漬。

（十）鋁條板吊頂安裝的允許偏差和檢驗(yàn)符合下列要求：

五、經(jīng)濟(jì)效益分析

超大型雙曲面吊頂工程一般都會(huì)存在施工誤差、結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、測(cè)量定位難等情況，施工誤差及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題通過(guò)具有三維可調(diào)的六角球面法蘭組件及骨架單元組件相結(jié)合解決，測(cè)量難題則由近景測(cè)量技術(shù)解決，實(shí)踐證明技術(shù)的可靠性及效率性。同時(shí)該工程竣工后取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

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