鋁合金網(wǎng)殼施工關(guān)鍵技術(shù)研究

李赟

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司總承包公司，上海 200240）

1 概述

近年來(lái)，鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、體育館、展覽廳等建筑中大量應(yīng)用。作為地殼中含量最高的金屬元素，地下材料儲(chǔ)存較為豐富。從材料性能上作為比較，鋼材與鋁合金均具備良好的延性；但是鋁合金密度小，在相同條件下其力學(xué)性能隨著溫度降低，鋁合金的伸長(zhǎng)率和強(qiáng)度會(huì)得到適度增加，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升[1]。

作為一種綠色環(huán)保型材料，鋁合金材質(zhì)輕的特點(diǎn)有利于其作為屋蓋結(jié)構(gòu)時(shí)，減少對(duì)下部支撐的作用壓力。在戶外環(huán)境中，其耐腐蝕性的特點(diǎn)能使得鋁合金網(wǎng)殼廣泛應(yīng)用于例如展覽館、大型交通樞紐建筑。

本文以上海市浦東新區(qū)世博文化公園（雪野路以北）項(xiàng)目施工3 標(biāo)段項(xiàng)目施工為背景，分析總結(jié)了典型的鋁合金單層網(wǎng)殼施工及安裝要點(diǎn)，并重點(diǎn)介紹其施工方法。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步拓寬鋁合金應(yīng)用領(lǐng)域提供思路，提出若干建議[2]。

圖1 俄羅斯館犀牛模型圖

2 工程概況

本工程位于上海市浦東新區(qū)耀華地塊Z000101 單元（黃浦江沿岸ES2 單元）。Z000101- 筑面積1273.14m2。其中俄羅斯館位于項(xiàng)目中部區(qū)域。俄羅斯館中庭主體平面投影呈正方形，橫向3 軸～13 軸，縱向C 軸～N 軸，軸間距均為5000mm，整體建筑跨度橫、縱向均為50m，整體造型呈均勻?qū)ΨQ[3]。

俄羅斯館鋁合金屋頂網(wǎng)殼主要采用6061-T6 航空鋁材，桿件截面為A 類桿件：HN400*180*8*10、B 類桿件：HN400*200*10*12、CX 類桿件：HN400*280*12*20，配合12 支鋼桿件，材質(zhì)Q345B，桿件截面D 類桿件：GH500*250*15*25、DX 類桿件：GH500*250*15*25a。網(wǎng)殼由相切于主體鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)高+14.650m 箱型梁上的鋼支座牛腿支撐，牛腿截面與桿件截面相匹配。網(wǎng)殼頂部上覆鋁板、采光玻璃及開啟窗，外部含排水槽及包邊鋁板。

施工主要采用格構(gòu)柱支撐體系（主要含格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁、格構(gòu)柱、走道梁及上部支撐網(wǎng)殼的小墩子）作支撐措施及操作平臺(tái)。相關(guān)構(gòu)件詳細(xì)尺寸參見圖2、3 所示。網(wǎng)殼安裝采用地面分塊中拼成單元體系，整體吊裝的形式進(jìn)行安裝。

圖2 俄羅斯館犀牛模型圖

圖3 格構(gòu)柱支撐體系剖面圖

3 鋁合金結(jié)構(gòu)材料特性

從材料制作方法上，鋁合金分為鑄鋁合金和鍛鋁合金兩種類型。其中，鑄鋁合金是將液態(tài)狀的鋁置于專門模具內(nèi)靜置后成型；鍛鋁合金是針對(duì)未溶化的鋁坯進(jìn)行冷或熱加工后成型。鋁元素和其它元素組成了鋁合金材料，例如強(qiáng)度、延性、耐腐蝕性等材料特性全部由內(nèi)部組成的鋁元素和其它元素所占含量所決定，不同材料組成決定著最終建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來(lái)的性能。

鋁合金網(wǎng)殼整體結(jié)構(gòu)均由標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)配件組成。構(gòu)件在工廠預(yù)制完成后，現(xiàn)場(chǎng)采用裝配式安裝，整個(gè)過程快捷、方便。經(jīng)圖紙深化后，高精度、標(biāo)準(zhǔn)化的加工工藝可以有效減少現(xiàn)場(chǎng)誤差，保證好建筑結(jié)構(gòu)施工的精密化尺寸。

相同體積條件下，鋼結(jié)構(gòu)自重是鋁合金結(jié)構(gòu)自重的3 倍。在大跨度結(jié)構(gòu)體系中，屋蓋采用鋁合金材料能極大減少上部結(jié)構(gòu)對(duì)下部柱體的壓力，且鋁合金的抗壓強(qiáng)度在同條件下更高。

因鋁合金本身具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，在一些潮濕、酸堿性環(huán)境中，不受影響，對(duì)于大型外露大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑非常適用[4]。

4 鋁合金網(wǎng)殼施工工藝介紹

4.1 現(xiàn)場(chǎng)施工流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)建筑主體、場(chǎng)地工況及施工進(jìn)度要求，我司擬采用格構(gòu)柱- 走道梁支撐體系作施工操作平臺(tái)，鋁合金網(wǎng)殼分塊整體吊裝形式進(jìn)行網(wǎng)殼安裝，后配合臨時(shí)支撐操作平臺(tái)措施進(jìn)行鋁板、玻璃、開啟窗、生命線及避雷、檐口水槽及鋁板包邊等構(gòu)配件的安裝[5]。

4.2 施工定位放線

施工前，應(yīng)對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測(cè)校核，確保后續(xù)施工安裝順利。

建筑主體結(jié)構(gòu)測(cè)量主要為鋼圈梁上部標(biāo)高及對(duì)應(yīng)牛腿處梁上及梁底內(nèi)口坐標(biāo)。

格構(gòu)柱定位測(cè)量與鋼圈梁點(diǎn)位測(cè)量方法一致，通過已知基準(zhǔn)點(diǎn)及后視點(diǎn)，將格構(gòu)柱節(jié)點(diǎn)模型坐標(biāo)進(jìn)行放線定位，需要放線的點(diǎn)位為格構(gòu)柱支撐點(diǎn)中心坐標(biāo)、格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁的端點(diǎn)坐標(biāo)。以便后續(xù)進(jìn)行格構(gòu)柱構(gòu)配件的安裝定位。

4.3 應(yīng)用效果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工工況及工期需求，我司擬采用格構(gòu)柱支撐體系作整體施工操作措施平臺(tái)。

格構(gòu)柱上部水平、豎直間兩兩設(shè)置走道梁，走道梁搭接在格構(gòu)柱上部端頭焊接連接，部分走道梁搭接焊接在主體結(jié)構(gòu)周圍鋼圈梁上。格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁的布置主要為將格構(gòu)柱上部荷載及格構(gòu)柱自重荷載傳導(dǎo)到下部梁及柱上，以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)二層樓板。（圖4）

圖4 格構(gòu)柱支撐體系剖面圖

4.4 鋁合金網(wǎng)殼安裝

根據(jù)鋁合金網(wǎng)殼特點(diǎn)，我司擬將鋁合金網(wǎng)殼劃分為25 個(gè)單元分區(qū)，采用地面拼裝的形式將桿件在地面拼裝成具備單元?jiǎng)偠鹊恼w，整體吊裝就位，單元分區(qū)圖如圖5 所示。

圖5 鋁合金網(wǎng)殼分區(qū)布置圖

為方便施工，擬有限拼裝1 號(hào)分區(qū)，并整體吊裝，并將1 區(qū)牛腿焊接在主體新增鋼梁上，使1 區(qū)固定穩(wěn)固，后地面拼裝并吊裝2 號(hào)至5 號(hào)區(qū)域（其中3 號(hào)區(qū)域分成四小塊分別拼裝吊裝），將5 號(hào)區(qū)域牛腿焊接固定在主體新增鋼梁上。由1 區(qū)至5 區(qū)安裝固定后，形成定位橋，可使橋兩側(cè)區(qū)域地面拼裝整體吊裝（兩側(cè)優(yōu)先順序相同，以場(chǎng)地條件為主導(dǎo)），在確保安裝定位準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，加快施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量。

鋁合金網(wǎng)殼分塊整體吊裝為俄羅斯館整體網(wǎng)殼施工的重難點(diǎn)。影響施工的主要因素為現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，且受裙樓、維護(hù)墻體制約，網(wǎng)殼采用分塊整體吊裝。（圖6）

圖6 格構(gòu)柱支撐體系剖面圖

4.5 網(wǎng)殼附屬結(jié)構(gòu)的安裝

鋁合金網(wǎng)殼附屬結(jié)構(gòu)主要包含固定玻璃及開啟窗、鋁面板（含保溫層）、不銹鋼避雷網(wǎng)、304 成品吊掛圓環(huán)（清潔用）、外部環(huán)梁水槽及包邊裝飾板。附屬結(jié)構(gòu)的安裝施工應(yīng)在鋁合金網(wǎng)殼安裝完畢后進(jìn)行，此時(shí)具備附屬結(jié)構(gòu)的安裝施工條件，同時(shí)荷載較為穩(wěn)定，對(duì)主體鋼圈梁結(jié)構(gòu)影響較小，能夠保證施工質(zhì)量及施工效率。

4.6 格構(gòu)柱措施體系拆除

格構(gòu)柱支撐措施體系拆除依照先附屬，再主體的拆除原則進(jìn)行。拆除前應(yīng)對(duì)所有施工面進(jìn)行檢查，排除所有工具、零部件、雜物等。

格構(gòu)柱措施體系拆除流程：

措施清理→走道梁拆除→走道梁支撐、格構(gòu)柱附著撐桿拆除→小墩子拆除→格構(gòu)柱拆除→格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁拆除。

走道梁拆除后，可進(jìn)行支撐走道梁的雙拼槽鋼拆除、附著撐桿拆除及格構(gòu)柱拆除。以上工況均可由汽車吊直接拆除。

割除作業(yè)采用氣割切割，切割前應(yīng)對(duì)拆除構(gòu)件進(jìn)行吊裝固定，固定后進(jìn)行切割作業(yè)，防止切割后構(gòu)件直接掉落發(fā)生安全隱患。依次方式，雙拼槽鋼及附著撐桿均可直接拆除吊至地面，并轉(zhuǎn)運(yùn)出場(chǎng)。（圖7-8）

圖7 走道梁拆除圖例

5 結(jié)論

鋁合金網(wǎng)殼屋蓋在國(guó)內(nèi)外得到大量應(yīng)用，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，作為大跨度空間的一種獨(dú)特形式，得到快速發(fā)展[6]。

圖8 格構(gòu)柱拆除圖例

本文首先介紹鋁合金網(wǎng)殼屋蓋工程概況及材料性能，以俄羅斯館中的鋁合金屋蓋施工工藝作為重點(diǎn)研究對(duì)象。分析探索其每一步的施工工序，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)及流程。通過工程實(shí)例來(lái)闡述鋁合金網(wǎng)殼作為結(jié)構(gòu)體系屋蓋時(shí)，分析網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在施工過程中特點(diǎn)，為鋁合金結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供參考[7]。