大型復(fù)雜橢圓形鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控技術(shù)

宋建華

（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032）

大型復(fù)雜橢圓形鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控技術(shù)

宋建華

（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032）

上海辰山植物園東北塊展覽溫室工程是由A、B、C三座異型空間曲面的展覽溫室組成，結(jié)構(gòu)為三向網(wǎng)格劃分的鋁合金空間網(wǎng)殼，其結(jié)構(gòu)設(shè)計、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、桁架桿件安裝、節(jié)點板制作與安裝等的施工監(jiān)控要求高。著重介紹了該工程施工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，可供類似工程項目的施工監(jiān)控人員借鑒參考。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；鋁合金；異形曲面；施工監(jiān)控技術(shù)

1 工程概況

作為上海市“十一五”規(guī)劃中生態(tài)建設(shè)的重要項目，上海辰山植物園項目地處上海市松江新城北側(cè)、佘山西南，東起佘山中心河，西至千新公路，北達沈磚公路(辰山塘以西)，南樓佘天昆公路；展覽溫室位于辰山植物園東北塊；是集植物學、建筑學、建筑環(huán)境工程、美學、生態(tài)學為一體的綜合性新建大型市政公共建筑項目。

本工程效果圖如圖 1 和圖 2 所示。

三座異型空間曲面的 A、B、C 展覽溫室建筑，為三向網(wǎng)格劃分的鋁合金空間網(wǎng)殼，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與夾層鋼化超白片玻璃面板的組合。

圖1 溫室平面布置圖

圖2 C區(qū)外觀圖

A、B、C 三個獨立展覽溫室空間尺寸分別為：長 204 m、147 m、111 m，寬 3.35 m～34 m、4.43 m～40m、3.75 m ～34 m，高 21 m、19 m、16 m，網(wǎng)殼表面積分別為：9 806 m2、6 608 m2、4 902 m2，各區(qū)長、寬均較大，放眼國內(nèi)外的相似建筑項目，如此大尺寸的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用尚屬首例。

本工程網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系是由鋁合金桁架、板式節(jié)點板+不銹鋼或陽極氧化鋁緊固件鉚接的支撐體系組成。該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)材料總重約 618 t，主體桁架及節(jié)點板共 7 893 件，支座 329 只；結(jié)構(gòu)桁架桿件、板式節(jié)點選用的材料為 6061-T6 型鋁；緊固件材料為 300 系不銹鋼或 7075-T73 陽極氧化鋁；密封材料選用TS-2000 硅酮密封膠、結(jié)構(gòu)膠選用 TS-6000 硅酮結(jié)構(gòu)膠。

2 工程重點監(jiān)控技術(shù)分析

由于上海辰山植物園東北塊 A、B、C 展覽溫室的建筑結(jié)構(gòu)獨特，結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)，即上海市工程建設(shè)規(guī)范 DGJ 08—95—2001《鋁合金格構(gòu)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》不能全面覆蓋。這對本工程施工監(jiān)控技術(shù)提出了實施難點：(1)橢圓形球體桁架支座預(yù)埋件測量定位難度大，埋設(shè)精度要求高；(2)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)散件組裝及總拼裝合攏難度大；(3)構(gòu)件及節(jié)點板的制作和安裝精度要求高，施工難度大；(4)夾層鋼化超白玻璃面板拼縫的防水施工質(zhì)量監(jiān)控難度大；(5)需結(jié)合本工程實際，制定相應(yīng)的施工技術(shù)規(guī)程以及質(zhì)量驗收標準。

3 材料監(jiān)控

(1)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)選用 6061-T6 鋁合金，它的用途廣泛，在航天電器固定裝置、自動化、機械零配件制造中廣為使用，其加工性能、焊接、電鍍和抗腐蝕性能極佳。該材料具有致密、易于拋光、上色膜等優(yōu)良性，其理化指標和化學成份均應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定工程中加工及采購產(chǎn)品均要求提供產(chǎn)品合格證及原材料質(zhì)保書?，F(xiàn)場按產(chǎn)品(成品)方式驗收：要求鋁合金桿件、節(jié)點板的表面應(yīng)清潔，不允許有裂紋、起皮、腐蝕和氣泡存在。材料應(yīng)采取單獨存放，與其他不同材質(zhì)的材料應(yīng)有隔離措施。鋁合金桿件和節(jié)點板加工制作時，在保證外形幾何尺寸及外觀質(zhì)量不被破壞的前提下，可采取有效措施予以冷矯正，冷矯正后構(gòu)件表面不應(yīng)有明顯凹面及劃痕損傷。

(2)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中所使用的緊固連接件的材料規(guī)格、抗拉強度、加工精度、外觀質(zhì)量均符合設(shè)計要求和相關(guān)產(chǎn)品標準的規(guī)定。外觀質(zhì)量復(fù)驗時，按同規(guī)格、同性能等級、同材料牌號、同工藝處理要求的 10 000 件作為一批，每批抽樣檢查數(shù)量為 2%。如有不合格，則加倍取樣檢驗；如又有不合格，則該批產(chǎn)品全部調(diào)換。

4 施工監(jiān)控技術(shù)

(1)節(jié)點板加工質(zhì)量監(jiān)控。節(jié)點板的加工精度是保證拼裝建筑整體效果的關(guān)鍵點、是體現(xiàn)節(jié)點板在網(wǎng)殼建筑造型整體拼裝的重要作用(節(jié)點作用示意圖如圖 3)；根據(jù)深化設(shè)計圖紙對節(jié)點板需滿足的曲拱網(wǎng)殼外形要求，對節(jié)點板平面折角的微小差異、曲線變化進行精加工處理，對節(jié)點板表面各連接螺孔的平面角度的分配精度，各孔垂直角度，使用高精度數(shù)控加工設(shè)備進行加工，運用 MAYA 和 MASTERCAM 專業(yè)軟件編寫相應(yīng)程序，通過精確的點、鉆孔平面加工、倒角打磨、擦拭干凈，再進行外形折角和同步單件驗收，同時在每一節(jié)點板標明安裝鋼印編號，確保安裝對號拼裝無差錯。

圖3 節(jié)點作用示意圖

(2)環(huán)向橢圓形球體和扇形網(wǎng)殼測量放線質(zhì)量監(jiān)控及空間測量定位監(jiān)控。平面監(jiān)控網(wǎng)的布置按初測和精測兩步進行，以結(jié)構(gòu)體長軸為 X 軸，短軸為 Y 軸建立坐標、通過平移、旋轉(zhuǎn)關(guān)系，將城市坐標轉(zhuǎn)換為建筑坐標；初測確定主軸線的位置、采用極坐標法在現(xiàn)場標定各主軸線點、進行標石埋設(shè)。精測用全站儀架設(shè) 0 點，用方向法 6 測回精確定主軸線的正交角、距離采用對象觀測 6 測回進行角度歸化改正，改正值經(jīng)反復(fù)修正直至角度誤差小于規(guī)定值。二級監(jiān)控網(wǎng)在首級監(jiān)控網(wǎng)的基礎(chǔ)上進行加密，測設(shè)各軸線監(jiān)控樁，經(jīng)復(fù)核無誤后作為建筑平面監(jiān)控網(wǎng)，并定期進行復(fù)核。高程監(jiān)控點以現(xiàn)場基礎(chǔ)擋墻側(cè)面設(shè)復(fù)核水準路線，將高程引測到基礎(chǔ)混凝土施工面上，并標明數(shù)據(jù)。以建筑坐標系中的三維空間坐標的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進行測量監(jiān)控，同時利用計算機對數(shù)據(jù)進行分析。

(3)預(yù)埋件埋設(shè)施工監(jiān)控。預(yù)埋件安裝位置的精度是保證網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)拼裝是否能順利連接的關(guān)鍵。為保證預(yù)埋件位置正確，首先是按初測和精測兩步，以每個埋件中心點坐標為基準點，精確將相鄰兩個坐標系標識在專用套模上，再將桁架預(yù)埋地腳螺栓固定、監(jiān)控預(yù)埋件安裝位置。為防止地腳螺栓在混凝土澆搗時位移，采用一次澆筑成型方案。

(4)桁架、桿件安裝誤差施工監(jiān)控。為監(jiān)控桁架桿件安裝偏差、消除拼裝過程中的累計誤差，施工中采用分段有桁架支座固定與桁架高空單體散裝支座滑動施工方法，分預(yù)安裝和正式安裝兩步進行施工。施工過程中，對每個溫室長向分成三個自然施工段，在各施工段的中點支座測放中點線，立四榀桁架與支座預(yù)埋板點焊固定，然后對桁架桿件環(huán)向拼裝，對呈拋物形狀的桿件安裝采用滿堂鋼管腳手架，由專用絲桿作臨時斜撐固定，調(diào)節(jié)環(huán)向拼裝。待四榀桁架預(yù)拼裝合攏，造型符合建筑曲拱要求后，將四榀拼裝桁架正式與支座預(yù)埋件電焊焊接牢固。待桁架形成空間及整體穩(wěn)定后，拆除作為臨時固定的專用絲桿，分別按網(wǎng)殼縱向兩側(cè)已安裝好的四榀桁架同樣作業(yè)法，采用高空單件散裝法逐榀組裝；拼裝過程中及時復(fù)核調(diào)整施工誤差，以確保每榀網(wǎng)殼節(jié)點固定牢固、受力均勻、建筑外形正確。三個自然施工段各自拼裝完成后，進行合攏及總裝施工。總裝連接時嚴格遵照設(shè)計對合攏溫差的要求，采用雙向微張拉技術(shù)措施，通過支座滑輪雙向連接方向滑移合攏到位、同時將桿件與節(jié)點板連接順利鉚固。

(5)夾層鋼化超白玻璃面板安裝監(jiān)控。三角形夾層鋼化超白片玻璃面板的安裝由溫室建筑的頂部中間開始向四周由上而下進行。安裝前對每塊玻璃進行編號并逐塊核對后進行安裝。對夾層鋼化超白玻璃面板安裝質(zhì)量監(jiān)控除按常規(guī)監(jiān)控要求和標準進行監(jiān)控外，重點加強對玻璃面板安裝前，入座邊框內(nèi)側(cè)隔離膠條、泡沫條、金屬夾扣等準備是否就緒的檢查，以確保玻璃順暢布放、位置正確；同時在玻璃面板拼縫打膠前，嚴格要求用丙酮或?qū)Ｓ们鍧崉ψ⒛z部位的玻璃邊緣、鋁合金框邊表面等擦拭干凈，沿膠縫位置粘貼膠帶紙帶，以確保膠縫寬、厚正確，內(nèi)實、外平光順潔凈，金屬玻璃表面無污染。

5 工程質(zhì)量驗收

本溫室工程是一結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜的建筑。結(jié)構(gòu)構(gòu)造獨特、造型新穎、體量大、鋁合金材料用于結(jié)構(gòu)構(gòu)架新、構(gòu)造復(fù)雜、建筑形狀不規(guī)則，節(jié)點板加工、鋁合金桿件、玻璃組裝質(zhì)量、加工制作精度要求高，配合專業(yè)工種多(土建、電(氣)動開啟窗、電動窗簾、電氣、給排水、暖通空調(diào)、智能化等設(shè)施安裝及室內(nèi)景觀造型等)。根據(jù)本工程特點、難點及施工質(zhì)量要求，結(jié)合上海市類似工程的經(jīng)驗，參照上海市《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》、《建筑工程施工質(zhì)量統(tǒng)一驗收標準》等相關(guān)規(guī)程、規(guī)范、驗收標準，同時借鑒美國泰康公司的企業(yè)標準，專項編制了《鋁合金單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量專項驗收標準》，并經(jīng)專家審定，作為本工程的施工質(zhì)量驗收標準的補充。

6 結(jié) 語

本工程網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)采用橢圓形鋁合金網(wǎng)殼+雙層超白片夾層玻璃結(jié)構(gòu)體系，跨度大、外形獨特，工程技術(shù)含量高，施工難度大；本工程施工過程中，通過采取上述監(jiān)控措施，在施工過程中未發(fā)生明顯的質(zhì)量問題，順利通過竣工驗收。該工程運行至今已 5 a 有余，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)有異常情況，運行正常，展示效果較好。本文所采取的施工監(jiān)控措施，可供類似項目的施工質(zhì)量監(jiān)控借鑒參考。

通信地址：上海市宛平南路75號1號樓501室。

TU712

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2015-04-21