探析盤式節點大型穹頂單層鋁網殼結構施工技術

Analysis on Construction Technology for Single Layer Aluminum Shell Structure of Large Dome with TEMCOR Joints

盧光位，楊彬，余政兵，劉興勝（重慶建工第四建設有限責任公司，重慶　400020）

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探析盤式節點大型穹頂單層鋁網殼結構施工技術

Analysis on Construction Technology for Single Layer Aluminum Shell Structure of Large Dome with TEMCOR Joints

盧光位，楊彬，余政兵，劉興勝
（重慶建工第四建設有限責任公司，重慶400020）

摘要：大型長球冠狀網殼盤式節點因其結構的特殊性，傳統的整體提升或高空散裝法均難以有效地解決構件在安裝過程中累積誤差產生及消除的難題，該技術運用BIM建筑模型信息提出一套有效的安裝工藝，經工程實踐證明該技術較大地提高了鋁合金網殼結構的安裝質量和安裝效率，為大型單層鋁網殼結構安裝技術的提高提供了借鑒。

關鍵詞：盤式節點；單層鋁網殼結構；BIM技術；高空散拼

Abstract:Because of the particularity of the TEMCOR joints in huge long spherically aluminum lattice shell, the traditional integral elevation and overhead assembly can hardly tackle the problems caused in installation. With BIM building model information, a set of effective installation technology is presented, which is proved to be highly effective in improving the installation quality and efficiency of aluminum shell structure. It offers some references for similar projects.

Keywords:TEMCOR joints; single layer aluminum shell structure; BIM technology; overhead assembly

1　工程概況

某工程設計鋁網殼平面投影面積約2487m2，鋁網殼結構重量約80t。網殼跨徑40m，長67m，中心高16.71m。網殼支座底標高（屋頂女兒墻頂）為66.29m，網殼頂部標高83m。該鋁網殼含構件約3000多根，盤節點約1600個，螺栓組約11萬個。

2　施工流程（見圖1）

圖1　施工流程圖

3　操作要點

3.1建立BIM模型

運用建筑信息建模[1]（BIM）軟件建立三維結構模型，實現結構節點、桿件、支座牛腿等構件的空間位置及構件形式、尺寸信息的模型化，創建出與真實結構完全一致的虛擬結構（即BIM模型，如圖2）。

圖2　BIM模型

3.2導出加工及安裝用圖表

輸出信息流程：打開三維模型→設置輸出條件→輸出構件圖及零件圖或輸出報表。

3.3現場測量、放線

（1）清理屋面作業環境，在屋面清掃干凈后，將建筑物的十字控制軸線與標高控制線引入屋面，作為網殼結構控制軸線與標高測量基準點。

（2）根據BIM模型中導出的節點空間坐標表，在屋面板上測放出鋁合金網殼節點底盤的定位十字軸的控制點的平面投影點，并用紅色油漆標識節點編號、節點標高等信息。此處需要注意的是，標識的控制節點數量不應少于總節點數的1/3，且各標識點應均勻分布。

3.4滿堂支撐架搭設

編制鋁合金網殼安裝工程中滿堂支撐架安全施工的專項方案，對支撐架結構進行受力驗算，以確保施工安全。

3.5構件加工及定位編碼

（1）構件編碼。由于鋁合金桿件、節點圓盤加工數量較大，各自的尺寸及標識也不同，為了確保每個構件安裝快速、準確、便于辨識，必須對于鋁合金桿件、節點圓盤進行編碼標識及位置確定。

（2）構件加工。鋁合金桿件及節點圓盤的加工需在專業廠家的數控加工中心完成。利用加工中心自帶的圖形識讀轉化功能，把Auto CAD圖形文件轉化為數控加工中心的操作指令，以控制鋁合金桿件節點和圓盤的加工。

3.6構件運輸

由于加工的各構件具有不同的空間位置參數，為了便于安裝施工，構件裝運應使得裝箱組合與空間位置的連續性一致，運送順序與現在安裝施工用料次序相一致。

3.7主軸定位安裝

3.7.1鋁合金網殼結構主軸定位安裝流程

網殼正中最高點處節點圓盤及相連長軸桿件安裝→長軸線上桿件、節點圓盤安裝及校核→短軸線上桿件、節點圓盤安裝及校核。

3.7.2網殼正中最高點處節點圓盤及相連長軸桿件安裝

（1）根據支撐架水平橫桿上的十字控制軸線與水平標高控制線，初步校核正中節點圓盤的中心位置及相連桿件的軸線方向，通過拉直尺初步校核節點圓盤底標高。架設鉛錘測距儀對正中節點圓盤底中心進行精確測量，通過調節支撐架正中的可調托撐，使節點下圓盤中心標高符合設計坐標。

（2）根據安裝施工圖和節點空間坐標表，找出待安裝位置處對應的桿件及節點圓盤（以對應位置處桿件、節點圓盤的編號及標識方向確定，每組節點圓盤有上、下兩個鋁盤）。按照構件安裝施工方案，將節點圓盤標識方向朝向對應桿件軸線方向，以使節點圓盤的螺栓孔群與桿件端頭翼緣板的螺栓孔群相吻合，并在節點圓盤上、下兩個方向分別用M10不銹鋼螺栓，采用不少于4顆將其連接，再對螺栓進行初擰（采用手動扳手，以彈簧墊圈剛好著力為控制條件）。

3.7.3網殼長軸節點圓盤及桿件安裝

以安裝的首組構件為中心，根據安裝施工圖和節點空間坐標表，找出待安裝位置處對應的桿件及節點圓盤，參照網殼正中最高點處節點圓盤及相連長軸桿件的安裝方法，從高到低，按兩側對稱安裝的方式，依次安裝長軸上的其他桿件及節點圓盤，參見圖3。

圖3　長軸節點圓盤及桿件安裝示意圖

3.7.4網殼短軸節點圓盤及桿件安裝

待長軸桿件及節點圓盤安裝完成后，短軸方向節點圓盤及桿件的安裝利用三角形穩定性原理進行對稱安裝，參見圖4、圖5。

圖4　短軸局部安裝示意圖

圖5　短軸整體安裝示意圖

3.8分區發散安裝

（1）鋁合金網殼結構分區發散[2]安裝流程

主軸安裝完成→從高到低，由中心向四周發散分塊安裝桿件、節點圓盤及校核→支座H型鋼牛腿安裝，參見圖6。

圖6　安裝順序示意圖

（2）在短軸安裝完成后，沿長軸方向以圖7所示的基本結構進行單向安裝，以增強主軸十字結構的穩定性。

圖7　長軸單向輻射安裝示意圖

圖8　分區域發散式安裝示意圖

（3）待長、短軸方向的節點圓盤及桿件安裝完成后，從高到低，由中心向四周分區域發散式安裝各桿件及節點圓盤，如圖8所示。

（4）按上述安裝步驟將逐根桿件逐個節點依次進行安裝，在多個基本安裝單元連接成線或成片后，須再次對各節點空間位置進行校正，以將安裝誤差控制在允許范圍內。

（5）按上述步驟分塊發散安裝各鋁合金桿件及節點圓盤，使十字控制軸網間的鋁合金桿件及節點圓盤從高到低相連成整體，直至全部安裝至與鋼牛腿相接的節點圓盤處，如圖9與圖10所示。

圖9　整體安裝效果示意圖

圖10　整體安裝效果實物圖

3.9鋼牛腿支座安裝

（1）H型鋼牛腿為工廠預制構件，安裝時需注意其無孔一端為自由端（長50～100mm），可根據鋁合金網殼底部的桿件與其搭接情況，進行后加工。

（2）鋼牛腿安裝流程

牛腿處節點圓盤初固定→實際需要長度測量（翼緣板四邊末端與孔群距離）→自由端按測量長度劃線修割、打磨→拆開外節點圓盤→放入鋼牛腿并與內盤初固定→蓋上外節點圓盤→穿入安裝螺栓并緊固→組裝肋板并施焊牛腿、肋板與預埋板間的焊縫。

3.10節點螺栓復擰

節點螺栓復擰是在構件空間位置校正完畢后，對已組裝不銹鋼螺栓進行復擰。其流程為：構件位置初調→同孔群剩余螺栓穿入并初擰→構件位置精調→終擰螺栓。

擰緊力控制：以經調試的氣動扳手扭矩為準（對于M10不銹鋼螺栓的扭矩調定值為26N·m）。節點圓盤外圈螺栓復擰完成后，再從內向外檢查一次。

3.11滿堂支架卸荷及拆除

在滿足拆除條件的情況下，滿堂支撐架按照“先卸載、后拆除，從高到低，從內到外，先搭后拆，后搭先拆”的原則進行拆除。卸載應從中間向兩端對稱進行。

3.12鋼牛腿面防腐處理

鋼牛腿表面應在加工廠進行清潔并涂刷底漆，其工藝流程及操作要求按《鋼結構工程施工規范》GB50755-2012的規定執行。

4　質量控制要點

（1）熟悉施工設計圖紙，采用BIM建筑信息模型技術進行二次升華施工設計。

（2）對于工廠加工完成的構件，在裝運至施工現場前，應對加工構件進行預拼裝，在滿足加工精度要求的情況下，方可進行裝運、安裝。

（3）依據BIM模型提供的三維坐標數據，放線、定位鋁合金網殼節點的平面位置及標高，并在安裝施工過程中對已安裝節點的空間位置進行校正，邊安裝、邊測量、邊校正，實現由局部到整體的控制安裝精度。

（4）安裝過程中，依據構件編號校核所有桿件及節點圓盤的安裝位置，杜絕錯位安裝。

（5）采取先裝配調校、后緊固受力的安裝工藝，防止網殼構件因緊固受力而發生位移。

5　結論

此技術的應用實現了鋁網殼安裝工程設計、加工、安裝一體化信息施工技術，有效地提高了操作效率、安裝工程質量和進度，降低了管理成本，取得了較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]夏峰林.杭州大劇院鋼網殼結構的設計、施工與檢測[J].建筑施工，2003（04）:278-281.

[2]薛慶.大跨度單層鋁合金網殼結構安裝技術[J].建筑施工，2011（12）：1097-1099.

責任編輯：孫蘇，李紅

作者簡介：盧光位（1969-），男，重慶人，本科，高級工程師，從事建筑施工技術研究與生產管理。

收稿日期：2016-02-24

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.053

中圖分類號：TU74

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）03-0053-03