四角錐鉆石切面玻璃穹頂施工技術(shù)

劉宗增，張曉，秦永江，楊陽，魯明

（中建八局第一建設(shè)有限公司，濟(jì)南 250000）

1 引言

四角錐鉆石切面玻璃穹頂，具有鉆石切面夢幻結(jié)構(gòu)，自下向上觀看可見一通透、璀璨而具有立體感的多面玻璃頂蓋覆蓋于高大空間之上，觀之使人心生愉悅之感。但四角錐鉆石切面玻璃穹頂結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不僅要由鋼結(jié)構(gòu)形成形狀復(fù)雜的骨架結(jié)構(gòu)，還要將玻璃構(gòu)件嚴(yán)密安裝于其上，施工技術(shù)精確性要求非常高，在具體施工中應(yīng)采用信息化技術(shù)對施工技術(shù)措施進(jìn)行全面分析與審核【1】。

2 BIM 技術(shù)在工程技術(shù)設(shè)計中運(yùn)用的作用

BIM 是一種對工程設(shè)計及技術(shù)進(jìn)行細(xì)化與完善的信息技術(shù)，在BIM 技術(shù)平臺上對玻璃穹頂施工技術(shù)進(jìn)行分析，對穹頂施工結(jié)構(gòu)，尤其是鋼結(jié)構(gòu)與玻璃構(gòu)件的拼接結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計檢驗，探討施工新技術(shù)應(yīng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。本次淄博文化中心大劇院穹頂施工中就應(yīng)用了BIM 技術(shù)，為穹頂施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)安全控制提供了堅實保障。

3 在淄博文化中心大劇院穹頂施工中應(yīng)用四角錐鉆石切面玻璃穹頂技術(shù)分析

3.1 工程技術(shù)概況

本工程四角錐玻璃穹頂位于大劇院入口大廳的中央，距離建筑邊線有45m 距離。建筑四周為車庫頂板，樓板厚度為150mm。鋼結(jié)構(gòu)框架整體自重達(dá)到450kN（45t）左右，再加上吊車的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于樓板承重的載荷。吊車支點(diǎn)位置距離結(jié)構(gòu)位置較遠(yuǎn)，鋼結(jié)構(gòu)框架自重較大，無法使用整體吊裝的施工方案【2】。

3.2 該工程施工控制難點(diǎn)分析

目前，國內(nèi)外采用四角錐鉆石切面玻璃穹頂?shù)捻椖枯^少，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，工藝實現(xiàn)困難，故很少使用。即使偶

撘爾有工程使用，也是采用傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，用鋼或者鋁龍骨出鉆石切面骨架，再安裝玻璃面板，實現(xiàn)鉆石切面造型，現(xiàn)有技術(shù)雖然可以實現(xiàn)四角錐鉆石切面造型，但采用明框框架結(jié)構(gòu)，所有玻璃面板均須與骨架連接，造成鋼或鋁龍骨使用量極大，結(jié)構(gòu)較為笨重，效果不夠通透，常常達(dá)不到建筑師的要求。本工程采用新型式、新工藝、新技術(shù)、新材料等內(nèi)容對四角錐鉆石切面玻璃穹頂進(jìn)行施工，也是一個非常大的挑戰(zhàn)，困難重重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜【3】。

1）造型獨(dú)特，無法保證構(gòu)件一次性安裝成功，施工難度大；

2）工藝煩瑣，施工步驟復(fù)雜，需要反復(fù)放線復(fù)核尺寸校正；

3）鋼結(jié)構(gòu)橫豎梁易產(chǎn)生伸縮效應(yīng)，玻璃安裝難度大；

4）鋼結(jié)構(gòu)圓心管件套割拼裝施工難度大；

5）無法實現(xiàn)整體吊裝，影響施工工期；

6）多種施工工藝還不完善，缺少專業(yè)人員和資料的支撐。

3.3 該工程創(chuàng)新施工技術(shù)設(shè)計思路

淄博文化中心大劇院項目研究四角錐鉆石切面式玻璃穹頂施工技術(shù)體系主要包括：基于BIM 深化設(shè)計及套割下料施工技術(shù)；曲弧面四角錐拉桿連接件調(diào)控玻璃穹頂安裝施工技術(shù)；高懸空、大直徑跨度穹頂分段拼裝施工技術(shù)；采用“原子灰”、氟碳噴涂等裝飾原材料實現(xiàn)無縫焊接施工技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)框架抗形變伸縮、隔聲施工技術(shù)；鋼管件防導(dǎo)電施工技術(shù)；四角錐鉆石切面玻璃穹頂排水、防水施工技術(shù)等。

3.3.1 BIM 深化設(shè)計及套割下料施工技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

采用BIM 進(jìn)行建模、檢測、分析，做玻璃穹頂鋼骨架排版圖，結(jié)合不同的弧度，工廠定制不同長度的鋼管進(jìn)行拼接安裝。不僅通過3D 模擬技術(shù)實現(xiàn)了精確化設(shè)計，材料尺寸與現(xiàn)場實際尺寸保持一致，還會有效地提高后續(xù)安裝的效率，減少施工過程中因返工造成的材料和勞動力浪費(fèi)，對縮短工期、降低工程造價將產(chǎn)生積極的影響。

3.3.2 曲弧面四角錐拉桿連接件調(diào)控玻璃穹頂安裝施工技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

通過交拉桿叉魚腹結(jié)構(gòu)作為鉆石切面玻璃面板的連接構(gòu)造，可實現(xiàn)通透輕盈的視覺效果，滿足建筑師和業(yè)主對建筑效果的要求；通過多面點(diǎn)式駁接爪連接4 個三角玻璃的頂點(diǎn)，采用多維度可調(diào)節(jié)設(shè)計，能與玻璃面板完美配合，解決了玻璃頂點(diǎn)固定的難題；通過可調(diào)式支撐桿為多面點(diǎn)式駁接爪提供支撐并可進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，連接耳板可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，為爪件精確定位提供保障【4】。

3.3.3 高懸空、大直徑跨度穹頂分段拼裝施工技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

在工程技術(shù)方案設(shè)計工作中，利用軟件技術(shù)將整體劃分為多個單元體進(jìn)行分段吊裝，將整體分為頂部結(jié)構(gòu)和周圈10 個單位結(jié)構(gòu)組成。先進(jìn)行頂部吊裝定位，為解決預(yù)防拼裝時重力下沉或偏離再決定將10 個單位體分為兩兩對應(yīng)吊裝，讓單元體的受力分布均勻，保證了支架的整體性。解決了自重大、場地小的問題，降低了施工風(fēng)險程度保證了施工安全，提前工期進(jìn)度，確保了玻璃安裝的節(jié)點(diǎn)。

3.3.4“原子灰”、氟碳噴涂等裝飾原材料實現(xiàn)無縫焊接施工技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

采用原子灰+氟碳噴涂施工技術(shù)代替圓管件無縫焊接施工技術(shù)，同樣展現(xiàn)出一樣的裝飾效果。節(jié)省工廠加工運(yùn)輸時間，節(jié)省費(fèi)用。

3.3.5 鋼結(jié)構(gòu)框架抗形變伸縮、防導(dǎo)電施工技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

采用受力分解的施工技術(shù)方式很好地解決了鋼結(jié)構(gòu)載荷的問題，使每個受力點(diǎn)全部進(jìn)行傳導(dǎo)埋件位置，利用新材料的活性連接方式既解決了外界導(dǎo)電的危險，還能保護(hù)玻璃的成品安裝。使用新的工藝和新的材料使玻璃穹頂整體達(dá)到了良好的效果。

3.3.6 四角錐鉆石切面玻璃穹頂排水、防水施工技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

載荷超大是建筑結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)重問題，根據(jù)本結(jié)構(gòu)的情況在原設(shè)計上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在四角錐穹頂周圈增加虹吸排水系統(tǒng)和電伴熱系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了雨水的排放，還防止雨雪堆積較大載荷的問題，同時還在通常的防水做法基礎(chǔ)上增強(qiáng)了防水能力。

4 采用創(chuàng)新施工技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析

采用BIM 等設(shè)計信息技術(shù)對玻璃穹頂方案進(jìn)行建模分析后，優(yōu)化設(shè)計及科學(xué)排版下料的執(zhí)行提升了鋼材的利用率。實踐證明，圓形管件利用率達(dá)到92%～94%，提高了切割效率，減少了管件的浪費(fèi)。傳統(tǒng)切割方案管件利用率僅為85%左右，本工程用鋼量約10 000t，除去管件回收成本，至少可以節(jié)約鋼板費(fèi)用：（92%-85%）×10000t×（4000-1000）元/t=210 萬元。而同時，本次施工中采用設(shè)備與人工結(jié)合的施工方式，施工操作簡便高效，人工及材料費(fèi)用都得到了控制，節(jié)省人工100 工日，節(jié)省機(jī)械臺班15 個，經(jīng)濟(jì)效益25.8 萬元?？v觀整個玻璃穹頂施工過程，創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，有較大推廣價值。

5 本工程項目對行業(yè)發(fā)展的意義

近年來，我國工程行業(yè)創(chuàng)新之風(fēng)盛行，各地工程項目建設(shè)都在積極運(yùn)用創(chuàng)新施工技術(shù)。本次淄博文化中心大劇院穹頂施工中針對四角錐鉆石切面玻璃穹頂進(jìn)行施工建設(shè)的過程積極應(yīng)用了多種創(chuàng)新施工技術(shù)，并有機(jī)協(xié)調(diào)了多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，不僅提升了穹頂施工項目的經(jīng)濟(jì)效益，為工程施工及建設(shè)方節(jié)省了資金，而且還提升了創(chuàng)新施工技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品體驗，為新型工程施工技術(shù)的口碑營銷提供了良好的素材。未來我國工程行業(yè)新型技術(shù)有廣闊的發(fā)展空間及應(yīng)用舞臺，工程行業(yè)同仁應(yīng)審視創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用案例的產(chǎn)品特點(diǎn)及效益，根據(jù)現(xiàn)有工程需求進(jìn)行創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用及推廣。本工程的施工建設(shè)為BIM 設(shè)計及下料技術(shù)應(yīng)用、新型框架設(shè)計及施工技術(shù)應(yīng)用、新型穹頂防水施工技術(shù)應(yīng)用等提供分析案例及行業(yè)標(biāo)桿產(chǎn)品，對工程行業(yè)未來發(fā)展有一定推動作用。

6 結(jié)語

總之，在高大空間穹頂施工中采用先進(jìn)的信息化技術(shù)進(jìn)行施工方案優(yōu)化，四角錐鉆石切面玻璃穹頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且有諸多技術(shù)難點(diǎn)，采用BIM 技術(shù)對穹頂施工結(jié)構(gòu)的應(yīng)力關(guān)系進(jìn)行分析后可以優(yōu)化整體施工技術(shù)實施的效果，在實際施工中還可以利用BIM 技術(shù)對施工進(jìn)度與協(xié)調(diào)控制進(jìn)行檢驗，進(jìn)而保證穹頂施工有序推進(jìn)。