不規(guī)則曲面鋁合金網(wǎng)架的成套施工技術(shù)

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)（一期）區(qū)域供能能源中心及配套工程是上海虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)工程的重要配套工程。能源中心項(xiàng)目分南、北各一個(gè)能源站。

南站位于嘉閔高架路以東，華翔路建虹路環(huán)形匝道內(nèi)，用地面積9 505 m2，為地下2層、地上1層結(jié)構(gòu)。北區(qū)能源站位于華翔路揚(yáng)虹路環(huán)形匝道內(nèi)，用地面積7 952 m2，占地面積3 903 m2，為地下1層、地上2層結(jié)構(gòu)。

為了更能達(dá)到防腐作用，對(duì)高濕度的冷卻塔圍護(hù)更為有利，南北站頂棚均采用鋁合金結(jié)構(gòu)形式，鋁合金材質(zhì)為6061-T6，其中南站鋁合金裝飾網(wǎng)架約2 100 m2，高約16 m。網(wǎng)架主要由材料截面為250 mm×125 mm×5 mm×9 mm的工字鋁合金拼接而成。

北站高約20 m，為多曲面不規(guī)則錐體。是一個(gè)冷卻塔的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到建筑外觀的完美，每個(gè)立柱均為向內(nèi)不同角度的傾斜，形成一個(gè)橢圓錐體；外立面采用鋁合金百葉，能達(dá)到通風(fēng)、遮光、遮視線的作用；結(jié)構(gòu)采用工字鋁合金結(jié)構(gòu)，并設(shè)一定的斜支撐，以達(dá)到穩(wěn)定效果，截面形式為350 mm×200 mm×8 mm×13 mm及350 mm×200 mm×10 mm×13 mm共2種[1,2]。

2 鋁合金工程施工工藝

2.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

2.1.1 準(zhǔn)備工作

埋件安裝的精度是保證該工程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵，因此保證埋件的精度是本工程成敗的重中之重。

施工測(cè)量前對(duì)測(cè)量員進(jìn)行了系統(tǒng)的交底，熟悉施工圖紙，不斷地在電腦中反復(fù)模擬，我們還采用從日本進(jìn)口的、反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2 s的紅外線全站儀及可360°旋轉(zhuǎn)的反射棱鏡。從測(cè)量方案的編制、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及偏差的糾正等方面事先考慮好應(yīng)對(duì)措施。

為了使現(xiàn)場(chǎng)安裝準(zhǔn)確，構(gòu)件加工前，我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)埋件進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量，將實(shí)際數(shù)據(jù)反饋到建筑模型中，調(diào)整構(gòu)件桿件的相關(guān)尺寸。

2.1.2 針對(duì)該工程制訂的詳細(xì)的測(cè)量方法

網(wǎng)架及鋁合金百葉結(jié)構(gòu)的測(cè)量，主要為支座位置，它根據(jù)設(shè)計(jì)后的X、Y、Z軸坐標(biāo)，由土建提供原始坐標(biāo)點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)軸線位置，用全站儀進(jìn)行測(cè)量定位每個(gè)支座點(diǎn)位，其中南站為52個(gè)點(diǎn)，北站為113個(gè)點(diǎn)。這里需要說明的是，構(gòu)件上的測(cè)量點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)的中心位置。

2.2 埋件安裝

現(xiàn)場(chǎng)埋件的安裝，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的坐標(biāo)點(diǎn)和圖示方向，在土建澆筑混凝土線，固定在圈梁和支承柱頂上（北站共113個(gè)埋件，南站52個(gè)埋件），要用全站儀嚴(yán)格控制埋件達(dá)到設(shè)計(jì)的精度，X、Y方向?yàn)?5～+5 mm，Z方向?yàn)?3～+3 mm，確保網(wǎng)架支座能正確地坐落在埋件上。

為了確保埋件安裝的正確性和減少偏差，總包在埋件安裝過程中需要進(jìn)行多次測(cè)量復(fù)核、調(diào)整。為防止混凝土結(jié)構(gòu)施工對(duì)埋件位置造成影響，對(duì)調(diào)整好的埋件進(jìn)行臨時(shí)鋼性支撐固定；在混凝土施工過程中，我公司將安排人員跟蹤檢查埋件位移情況，發(fā)現(xiàn)問題需施工方及時(shí)解決，確保埋件安裝質(zhì)量。

1）混凝土澆筑前再次復(fù)核埋件坐標(biāo)，確保埋件位置的正確性（每個(gè)埋件在不同的施工階段將復(fù)測(cè)3～5次）。

2）與土建單位密切配合，在澆筑混凝土?xí)r，埋件施工技術(shù)、測(cè)量人員不間斷地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，用紅外線全站儀直接對(duì)準(zhǔn)埋件定位點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，如出現(xiàn)問題立即采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整[3,4]。

2.3 支座安裝

結(jié)構(gòu)安裝前須對(duì)支座連接板進(jìn)行精確測(cè)量定位，以保證上部桿件拼裝順利和控制安裝偏差。

由于土建施工時(shí)會(huì)有一定的施工偏差，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)對(duì)土建結(jié)構(gòu)相關(guān)的尺寸要求較高。所以在結(jié)構(gòu)安裝前必須到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行量測(cè)，取得第一手資料數(shù)據(jù)，解決土建施工偏差。支座坐標(biāo)的允許偏差值X與Y方向?yàn)?5～+5 mm、Z方向?yàn)?3～+3 mm，支座連接板安裝時(shí)，先根據(jù)設(shè)計(jì)支座坐標(biāo)值用全站儀將支座連接板標(biāo)高調(diào)整好，再在埋件板上精放出中心線。

2.4 施工總體技術(shù)路線

鋁合金單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及鋁合金百葉結(jié)構(gòu)采用滿堂支撐腳手架搭設(shè)、高空單件散裝方案，部分無法搭設(shè)滿堂腳手架的地方局部使用可移動(dòng)即搭拆腳手架來配合現(xiàn)場(chǎng)特殊工況。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將支座與預(yù)埋件進(jìn)行電焊臨時(shí)固定，并開始進(jìn)行最底層桿件的安裝，將底層構(gòu)件沿支座方向全部安裝到位，將施工偏差調(diào)整至設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，然后將支座與預(yù)埋件固定，隨即可從任一點(diǎn)往上安裝構(gòu)件，為了防止鋁合金構(gòu)件累計(jì)誤差較大，一般采用由兩側(cè)向中間進(jìn)行對(duì)稱安裝的方法，形成一塊一塊穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)超過2跨結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用鋼管腳手架進(jìn)行臨時(shí)固定，確保鋁合金桿件節(jié)點(diǎn)處的螺栓不會(huì)因受力過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

每一單元調(diào)整到位后，可使用專用工具用螺栓將構(gòu)件與連接板進(jìn)行固定，以此類推，直至兩端向中間合攏完成[5,6]。

鋁合金桿件在安裝過程中應(yīng)不斷復(fù)核安裝偏差，及時(shí)消除安裝偏差，保證外形尺寸，觀感柔順。如圖1、圖2所示。

圖1 鋁合金桿件平面大樣示意

圖2 鋁合金網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)連接現(xiàn)場(chǎng)

桿件安裝時(shí)采用氣動(dòng)鉚釘槍將螺栓緊固，確保鋁合金桿件固定牢固，受力均勻。

由于采用工廠加工施工現(xiàn)場(chǎng)單個(gè)桿件拼裝的方案，桿件從工地倉庫運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)至空中安裝點(diǎn)時(shí)，需采用汽車吊將桿件吊至空中施工平臺(tái)，再由人工搬運(yùn)至安裝點(diǎn)進(jìn)行拼裝，局部汽車無法到達(dá)的地方，將采用人工搬運(yùn)的方法，直接將桿件搬運(yùn)至指定地點(diǎn)。

在鋁合金構(gòu)件的安裝過程中，相關(guān)施工人員應(yīng)穿軟底鞋，且不得使用尖銳物品，以免對(duì)鋁合金外表面造成損傷或劃痕。

南站鋁合金網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝完畢后再進(jìn)行側(cè)封板的安裝，北站則在鋁合金結(jié)構(gòu)部分安裝后進(jìn)行鋁合金百葉的安裝（圖3、圖4）。

圖3 南站安裝實(shí)景

圖4 北站安裝實(shí)景

2.5 現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制措施

1）鋁合金桿件、節(jié)點(diǎn)板不得在現(xiàn)場(chǎng)重新制作。

2）安裝過程中不得強(qiáng)制就位，嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)擴(kuò)孔，應(yīng)確保螺栓自然安裝就位。

3）安裝單元應(yīng)形成空間穩(wěn)定體系，隨時(shí)進(jìn)行校正與臨時(shí)固定，減少累計(jì)誤差。

4）鋁合金材料不得與普通鋼結(jié)構(gòu)直接接觸，需采用不銹鋼或涂料進(jìn)行隔離。

5）鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)要注意氣溫和風(fēng)力的影響，應(yīng)與設(shè)計(jì)要求相符。

6）測(cè)定支座節(jié)點(diǎn)的位置，控制支座的偏差。拼裝前應(yīng)精確放線，其容許偏差為直徑的1/10 000，并不得大于3 mm，應(yīng)采取措施排除自然環(huán)境對(duì)測(cè)量精度的影響。拼裝過程中應(yīng)隨時(shí)檢查基準(zhǔn)軸線的位置、標(biāo)高和垂直偏差，及時(shí)糾正。總拼裝完成后應(yīng)檢查網(wǎng)殼曲面形狀的安裝誤差，其最大允許誤差應(yīng)不大于直徑d的1/3 500或d±35 mm。確認(rèn)安裝偏差符合要求后方可拆除安裝支架。

7）安裝時(shí)應(yīng)對(duì)照?qǐng)D紙確認(rèn)桿件、節(jié)點(diǎn)板的類型、規(guī)格正確無誤、確認(rèn)鎖緊螺栓的類型和數(shù)量無誤，使用Huck氣壓拉鉚螺栓，檢查螺栓尾部是否全部脫落，確認(rèn)鎖扣可靠。

8）構(gòu)件安裝過程中，均應(yīng)對(duì)每道工序進(jìn)行檢查驗(yàn)收，未經(jīng)驗(yàn)收合格，不得進(jìn)入下道工序施工。對(duì)安裝過程中的節(jié)點(diǎn)定位、安裝偏差、支座偏移及糾正情況均應(yīng)如實(shí)記錄[7,8]。

3 鋁合金工程與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)工程的比較

1）以單層鋁合金網(wǎng)架為主體結(jié)構(gòu)，自重輕。鋁合金結(jié)構(gòu)用量約為18 kg/m2，耗材量大概是鋼結(jié)構(gòu)的1/2～1/3，大大減輕了下部結(jié)構(gòu)的荷載，節(jié)約自身材料的同時(shí)，大大節(jié)省了下部結(jié)構(gòu)的材料，整個(gè)項(xiàng)目造價(jià)明顯下降。單一從結(jié)構(gòu)造價(jià)上看，在此工程上鋁合金結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)低約10%。因采用鋁合金結(jié)構(gòu)，自重輕，下部結(jié)構(gòu)可節(jié)省5%～8%造價(jià)。而且減少了日后維護(hù)費(fèi)用，因此綜合價(jià)格比鋼結(jié)構(gòu)低約20%。同時(shí)鋁合金型材在再生利用率上比鋼材高出30%。

2）施工均只采用人工高空散裝，場(chǎng)地條件無要求。在鋁合金網(wǎng)架的安裝過程中，幾乎可以不用任何機(jī)械設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)全部采用螺栓連接，無現(xiàn)場(chǎng)焊接，施工環(huán)節(jié)單一，大大降低了施工管理及質(zhì)量控制難度。施工中除了操作的簡易腳手架和為了加快施工進(jìn)度所用的構(gòu)件垂直運(yùn)輸?shù)钠嚨跬?，均為人工操作，?duì)道路場(chǎng)地要求也非常低，場(chǎng)地條件無要求，在網(wǎng)架施工的同時(shí)，外總體也可以穿插進(jìn)行，施工工期可以大大提前。該方法安裝工期與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)安裝工期相比可節(jié)約60%。

3）鋁合金結(jié)構(gòu)只需在四周適當(dāng)位置設(shè)立支撐，減少了屋面施工中的大量支撐，同時(shí)大大增加了建筑美觀度。憑借周圍支座和自身強(qiáng)度，加上自重輕的特點(diǎn)，使得鋁合金在建筑大跨度結(jié)構(gòu)中無需大量支撐，甚至在適當(dāng)?shù)目缍戎袩o需支撐，使得建筑呈現(xiàn)出更美觀的空間形態(tài)，使用功能也大大提高。

4 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用前景

1）鋁合金型材樣式的隨意可變及多樣性，為架空屋面結(jié)構(gòu)的景觀綠化、景觀燈的設(shè)置提供了更加方便、可靠、美觀的連接方式。

2）鋁合金結(jié)構(gòu)母材的防腐性能好，抗?jié)駳?、酸堿腐蝕力很強(qiáng)。進(jìn)行陽極氧化后，防腐性能更佳，使用周期內(nèi)不需翻新。

3）鋁合金結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能環(huán)保、科學(xué)先進(jìn)、形式活躍豐富，大大提高了建筑應(yīng)有的價(jià)值，提升了建筑所在城市的形象[9]。

5 結(jié)語

鋁合金工程的研究成果已在本工程中成功應(yīng)用，鋁合金結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能環(huán)保、科學(xué)先進(jìn)、形式活躍豐富，大大提高了建筑應(yīng)有的價(jià)值，提升了建筑所在城市的形象。而且前期一次性投入也較小，具有操作性強(qiáng)、安全可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及推廣應(yīng)用前景，可為今后同類工程的實(shí)施提供借鑒和參考。