高大空間雙曲菱形肌理單元大吊頂?shù)氖┕?/h1>
2022-07-06 02:01:16于秀斌鄢全科李志瑞
建筑施工 2022年2期
于秀斌 鄢全科 封 銳 李志瑞
中國建筑第八工程局有限公司 上海 201204
工程實踐中，復(fù)雜體型建筑設(shè)計越來越多，裝飾曲面也日益豐富多彩，曲面吊頂由于受加工制作、安裝定位等因素影響，設(shè)計及施工都面臨很大的挑戰(zhàn)[1-2]。杭州蕭山國際機(jī)場工程在航站樓主樓吊頂施工過程中，對大型雙曲鋁板吊頂?shù)陌惭b施工進(jìn)行了探索。
1 項目背景
1.1設(shè)計理念
杭州蕭山國際機(jī)場三期項目航站樓大廳吊頂為復(fù)雜形態(tài)雙曲三維吊頂（圖1），外觀要求整齊、連續(xù)、完整。主要采用異形彎曲蜂窩板吊頂面板，擬合大吊頂?shù)那嫘螒B(tài)。各個蜂窩板面板外形尺寸、彎曲弧度不斷變化，形態(tài)較復(fù)雜，施工難度大。
圖1 航站樓出發(fā)大廳室內(nèi)效果圖
1.2菱形單元設(shè)計
主屋面吊頂為菱形肌理單元，隨著主屋面曲率、傾斜角度的變化，單元的空間尺寸也在不斷地變化。
1.2.1 鋁板要求
吊頂鋁板面板材料選用超微孔吸聲鋁合金蜂窩鋁板，厚度為12 mm（面板厚1.0 mm高漫反射涂層鋁板＋厚10.3 mm蜂窩芯＋底板厚0.7 mm聚酯預(yù)滾涂鋁板），面板孔徑3 mm，穿孔率13%。蜂窩芯基材采用經(jīng)防腐處理的AA3003H18鋁箔制造，壁厚0.08 mm，蜂窩邊長10 mm，表面有激光微孔處理。面板及背板鋁材采用AA3003H26鋁合金材料。
1.2.2 分縫設(shè)計
菱形單元鋁板板縫寬縫30 mm，細(xì)縫5 mm，采用直縫排（圖2）。
圖2 菱形單元分縫
1.2.3 節(jié)點設(shè)計
與鋼結(jié)構(gòu)的連接及三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)：三維可調(diào)節(jié)的基本原理就是空間球鉸接，可實現(xiàn)不同部位曲率的變化，多維可調(diào)節(jié)角度，配以M24螺桿，可實現(xiàn)z方向的自由調(diào)節(jié)，4個外伸臂，在x、y平面內(nèi)實現(xiàn)夾角的調(diào)整，增加的弧形長條孔，又增加了一維的調(diào)節(jié)，爪件配件采用SUS304材質(zhì)鑄造成形，各組件之間采用高強(qiáng)螺栓組配。
龍骨轉(zhuǎn)換層：主龍骨采用100 mm×50 mm×5 mm的矩形鍍鋅鋼，主龍骨與副龍骨之間通過專用可調(diào)節(jié)抱箍件（圖3）固定。
圖3 抱箍系統(tǒng)模型
1.3施工重難點分析
1.3.1 安全管控
主屋面雙曲面吊頂系統(tǒng)面積約7萬 m2，高處作業(yè)點多，安全防護(hù)難度大，存在高空墜落、高空墜物打擊、交叉作業(yè)等多項重大安全危險源。
1.3.2 點位精準(zhǔn)控制
已完成鋼結(jié)構(gòu)可能存在偏差，影響鋁板安裝節(jié)點，同時鋁板為雙曲蜂窩鋁板，每個點位都是三位空間點位定位，安裝過程定位困難。
1.3.3 質(zhì)量管控
大吊頂雙曲蜂窩鋁板體量大、弧度大，為確保鋁板彎曲順滑流暢，需提高材料采購質(zhì)量，確保材料到場滿足模型下單尺寸。
2 菱形單元整體提升施工技術(shù)及工藝流程
菱形單元施工工藝：測量放線及BIM建?！Ч肯到y(tǒng)安裝→主龍骨安裝及復(fù)測→副龍骨安裝及復(fù)測→面層鋁板安裝→收邊收口。
2.1測量放線及BIM建模
以該工程已有控制點作為本次平面控制的起算數(shù)據(jù)，對所提供的坐標(biāo)按規(guī)范要求進(jìn)行方向值、邊長等各項要素檢測，對檢測成果數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，成果符合規(guī)范要求后，再按施工現(xiàn)場的條件情況布設(shè)控制網(wǎng)，運(yùn)用三維掃描技術(shù)對卸載完的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，與各單位確定統(tǒng)一控制點，確認(rèn)統(tǒng)一模型，根據(jù)最終確認(rèn)的模型進(jìn)行建模，為后續(xù)施工提供依據(jù)。
2.2抱箍系統(tǒng)安裝
根據(jù)抱箍節(jié)點，采用16#螺栓將弧形抱箍件和配套耳板固定于預(yù)留支托上，耳板可以和100 mm×50 mm×5 mm主龍骨連接。
2.3主龍骨安裝及復(fù)測
抱箍系統(tǒng)完成后，在地面將100 mm×50 mm×5 mm方矩管特定位置打孔，用12#螺栓將龍骨固定在抱箍耳板上，橫撐主龍骨用L形轉(zhuǎn)向節(jié)和12#配套螺栓固定。根據(jù)模型提取主龍骨安裝點位，用全站儀進(jìn)行點位復(fù)測，對主龍骨進(jìn)行位置調(diào)整，確保安裝位置準(zhǔn)確。
2.4副龍骨安裝及復(fù)測
主龍骨安裝完成后，根據(jù)模型點位將5 0 m m×50 mm×3 mm副龍骨位置大致確定，用專用連接桿和U形抱箍件進(jìn)行固定連接。根據(jù)模型提取副龍骨安裝點位，用全站儀進(jìn)行復(fù)測，調(diào)整副龍骨位置，確保安裝位置準(zhǔn)確。
2.5面層鋁板安裝
副龍骨安裝完成后，面層雙曲蜂窩鋁板安裝點位根據(jù)模型提取點位數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，用全站儀實時把控，為將鋁板加工及安裝誤差消除，面板安裝時優(yōu)先安裝十字定位鋁板，十字定位鋁板分區(qū)定位，將鋁板加工、安裝誤差消耗在每個分區(qū)內(nèi)的寬縫處，從中部起按寬縫30 mm、細(xì)縫5 mm要求，順序安裝剩余鋁板，確保整體安裝滿足要求。
2.6收邊收口
鋁板板縫之間采用專用壓條進(jìn)行鉚釘固定，對不順滑的板塊進(jìn)行調(diào)整。
3 菱形單元反吊施工技術(shù)
吊頂一般采用滿堂腳手架、滑移腳手架、空中滑移平臺、機(jī)械輔助施工這4種?？紤]到本工程的施工難點，以及滿堂腳手架及活動式腳手架搭設(shè)面積大、受高度限制、施工效率低等缺點，選擇反吊操作及高空車機(jī)械輔助施工的方法更適合本工程吊頂施工。
反吊法施工對場地要求低，能實現(xiàn)空間立體交叉作業(yè)，施工效率高，施工安全性高，能保證工期按時完成。
施工工藝：轉(zhuǎn)換層吊裝→副龍骨吊裝→面板吊裝→面板固定。
4 重難點解決措施
4.1安全管控
本工程存在大量的高空作業(yè)，為減少高空作業(yè)的風(fēng)險，盡量采用地面拼裝后整體吊裝，將大部分的工作安排在地面上組配，連接件的安裝、爪件的安裝、主副龍骨的安裝、吊裝盤的安裝，均屬于高空作業(yè)，該部分工作采用高空車輔助施工。
在桁架上適當(dāng)位置綁扎φ8 mm鋼絲繩，鋼絲繩連接點間距與吊頂面層間距保持一致。此鋼絲繩起到安全防護(hù)作用，也稱為生命線。工人在操作時，安全帶必須掛在鋼絲繩上，防止墜落。構(gòu)件安裝完成后，繼續(xù)安裝鋼龍骨。鋼龍骨安裝完成后，在保證鋼龍骨強(qiáng)度的前提下，局部鋪設(shè)木板，作為工作平臺，工人在平臺上安裝吊頂板。遇到傾斜角度大于15°時，平臺與鋼桁架用鋼絲繩可靠連接，保證工作平臺的穩(wěn)定性。
4.2全站儀實時跟蹤
已完工鋼結(jié)構(gòu)的偏差測量：所有的節(jié)點必須逐一測量分析偏差，相鄰區(qū)域之間還需要進(jìn)行合模等措施，在施工焊接前必須復(fù)查，并做好明顯標(biāo)識，以便復(fù)測。安裝點位必須精確到位，全程采用全站儀實時定位追蹤，由于現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)的移交區(qū)域時間不一致，鋼結(jié)構(gòu)安裝誤差不穩(wěn)定。
4.3質(zhì)量管控措施
菱形肌理單元雙曲蜂窩鋁板的生產(chǎn)全過程，從胎模到安裝，實施BIM下單、廠家指導(dǎo)、成品基層鋼架、鋁板尺寸復(fù)核、胎模復(fù)核，安裝過程中全站儀實時定位，尋找有經(jīng)驗的安裝隊伍，確保模型與現(xiàn)場偏差在誤差范圍內(nèi)。
5 結(jié)語
1）反吊施工技術(shù)可以在施工過程中有效保證施工工人安全，提高施工效率。
2）精確三維實時定位、三維掃描技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合解決安裝精度問題。
3）整體提升方案主要安裝作業(yè)在地面完成，有利于提升單元的誤差控制。
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1 項目背景
1.1設(shè)計理念
杭州蕭山國際機(jī)場三期項目航站樓大廳吊頂為復(fù)雜形態(tài)雙曲三維吊頂（圖1），外觀要求整齊、連續(xù)、完整。主要采用異形彎曲蜂窩板吊頂面板，擬合大吊頂?shù)那嫘螒B(tài)。各個蜂窩板面板外形尺寸、彎曲弧度不斷變化，形態(tài)較復(fù)雜，施工難度大。
圖1 航站樓出發(fā)大廳室內(nèi)效果圖
1.2菱形單元設(shè)計
主屋面吊頂為菱形肌理單元，隨著主屋面曲率、傾斜角度的變化，單元的空間尺寸也在不斷地變化。
1.2.1 鋁板要求
吊頂鋁板面板材料選用超微孔吸聲鋁合金蜂窩鋁板，厚度為12 mm（面板厚1.0 mm高漫反射涂層鋁板＋厚10.3 mm蜂窩芯＋底板厚0.7 mm聚酯預(yù)滾涂鋁板），面板孔徑3 mm，穿孔率13%。蜂窩芯基材采用經(jīng)防腐處理的AA3003H18鋁箔制造，壁厚0.08 mm，蜂窩邊長10 mm，表面有激光微孔處理。面板及背板鋁材采用AA3003H26鋁合金材料。
1.2.2 分縫設(shè)計
菱形單元鋁板板縫寬縫30 mm，細(xì)縫5 mm，采用直縫排（圖2）。
圖2 菱形單元分縫
1.2.3 節(jié)點設(shè)計
與鋼結(jié)構(gòu)的連接及三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)：三維可調(diào)節(jié)的基本原理就是空間球鉸接，可實現(xiàn)不同部位曲率的變化，多維可調(diào)節(jié)角度，配以M24螺桿，可實現(xiàn)z方向的自由調(diào)節(jié)，4個外伸臂，在x、y平面內(nèi)實現(xiàn)夾角的調(diào)整，增加的弧形長條孔，又增加了一維的調(diào)節(jié)，爪件配件采用SUS304材質(zhì)鑄造成形，各組件之間采用高強(qiáng)螺栓組配。
龍骨轉(zhuǎn)換層：主龍骨采用100 mm×50 mm×5 mm的矩形鍍鋅鋼，主龍骨與副龍骨之間通過專用可調(diào)節(jié)抱箍件（圖3）固定。
圖3 抱箍系統(tǒng)模型
1.3施工重難點分析
1.3.1 安全管控
主屋面雙曲面吊頂系統(tǒng)面積約7萬 m2，高處作業(yè)點多，安全防護(hù)難度大，存在高空墜落、高空墜物打擊、交叉作業(yè)等多項重大安全危險源。
1.3.2 點位精準(zhǔn)控制
已完成鋼結(jié)構(gòu)可能存在偏差，影響鋁板安裝節(jié)點，同時鋁板為雙曲蜂窩鋁板，每個點位都是三位空間點位定位，安裝過程定位困難。
1.3.3 質(zhì)量管控
大吊頂雙曲蜂窩鋁板體量大、弧度大，為確保鋁板彎曲順滑流暢，需提高材料采購質(zhì)量，確保材料到場滿足模型下單尺寸。
2 菱形單元整體提升施工技術(shù)及工藝流程
菱形單元施工工藝：測量放線及BIM建?！Ч肯到y(tǒng)安裝→主龍骨安裝及復(fù)測→副龍骨安裝及復(fù)測→面層鋁板安裝→收邊收口。
2.1測量放線及BIM建模
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2.2抱箍系統(tǒng)安裝
根據(jù)抱箍節(jié)點，采用16#螺栓將弧形抱箍件和配套耳板固定于預(yù)留支托上，耳板可以和100 mm×50 mm×5 mm主龍骨連接。
2.3主龍骨安裝及復(fù)測
抱箍系統(tǒng)完成后，在地面將100 mm×50 mm×5 mm方矩管特定位置打孔，用12#螺栓將龍骨固定在抱箍耳板上，橫撐主龍骨用L形轉(zhuǎn)向節(jié)和12#配套螺栓固定。根據(jù)模型提取主龍骨安裝點位，用全站儀進(jìn)行點位復(fù)測，對主龍骨進(jìn)行位置調(diào)整，確保安裝位置準(zhǔn)確。
2.4副龍骨安裝及復(fù)測
主龍骨安裝完成后，根據(jù)模型點位將5 0 m m×50 mm×3 mm副龍骨位置大致確定，用專用連接桿和U形抱箍件進(jìn)行固定連接。根據(jù)模型提取副龍骨安裝點位，用全站儀進(jìn)行復(fù)測，調(diào)整副龍骨位置，確保安裝位置準(zhǔn)確。
2.5面層鋁板安裝
副龍骨安裝完成后，面層雙曲蜂窩鋁板安裝點位根據(jù)模型提取點位數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，用全站儀實時把控，為將鋁板加工及安裝誤差消除，面板安裝時優(yōu)先安裝十字定位鋁板，十字定位鋁板分區(qū)定位，將鋁板加工、安裝誤差消耗在每個分區(qū)內(nèi)的寬縫處，從中部起按寬縫30 mm、細(xì)縫5 mm要求，順序安裝剩余鋁板，確保整體安裝滿足要求。
2.6收邊收口
鋁板板縫之間采用專用壓條進(jìn)行鉚釘固定，對不順滑的板塊進(jìn)行調(diào)整。
3 菱形單元反吊施工技術(shù)
吊頂一般采用滿堂腳手架、滑移腳手架、空中滑移平臺、機(jī)械輔助施工這4種?？紤]到本工程的施工難點，以及滿堂腳手架及活動式腳手架搭設(shè)面積大、受高度限制、施工效率低等缺點，選擇反吊操作及高空車機(jī)械輔助施工的方法更適合本工程吊頂施工。
反吊法施工對場地要求低，能實現(xiàn)空間立體交叉作業(yè)，施工效率高，施工安全性高，能保證工期按時完成。
施工工藝：轉(zhuǎn)換層吊裝→副龍骨吊裝→面板吊裝→面板固定。
4 重難點解決措施
4.1安全管控
本工程存在大量的高空作業(yè)，為減少高空作業(yè)的風(fēng)險，盡量采用地面拼裝后整體吊裝，將大部分的工作安排在地面上組配，連接件的安裝、爪件的安裝、主副龍骨的安裝、吊裝盤的安裝，均屬于高空作業(yè)，該部分工作采用高空車輔助施工。
在桁架上適當(dāng)位置綁扎φ8 mm鋼絲繩，鋼絲繩連接點間距與吊頂面層間距保持一致。此鋼絲繩起到安全防護(hù)作用，也稱為生命線。工人在操作時，安全帶必須掛在鋼絲繩上，防止墜落。構(gòu)件安裝完成后，繼續(xù)安裝鋼龍骨。鋼龍骨安裝完成后，在保證鋼龍骨強(qiáng)度的前提下，局部鋪設(shè)木板，作為工作平臺，工人在平臺上安裝吊頂板。遇到傾斜角度大于15°時，平臺與鋼桁架用鋼絲繩可靠連接，保證工作平臺的穩(wěn)定性。
4.2全站儀實時跟蹤
已完工鋼結(jié)構(gòu)的偏差測量：所有的節(jié)點必須逐一測量分析偏差，相鄰區(qū)域之間還需要進(jìn)行合模等措施，在施工焊接前必須復(fù)查，并做好明顯標(biāo)識，以便復(fù)測。安裝點位必須精確到位，全程采用全站儀實時定位追蹤，由于現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)的移交區(qū)域時間不一致，鋼結(jié)構(gòu)安裝誤差不穩(wěn)定。
4.3質(zhì)量管控措施
菱形肌理單元雙曲蜂窩鋁板的生產(chǎn)全過程，從胎模到安裝，實施BIM下單、廠家指導(dǎo)、成品基層鋼架、鋁板尺寸復(fù)核、胎模復(fù)核，安裝過程中全站儀實時定位，尋找有經(jīng)驗的安裝隊伍，確保模型與現(xiàn)場偏差在誤差范圍內(nèi)。
5 結(jié)語
1）反吊施工技術(shù)可以在施工過程中有效保證施工工人安全，提高施工效率。
2）精確三維實時定位、三維掃描技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合解決安裝精度問題。
3）整體提升方案主要安裝作業(yè)在地面完成，有利于提升單元的誤差控制。
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