蒲珩璠， 覃良玉， 覃 明， 陳紹洪, 陳 寶

(1.四川元豐建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司, 四川成都 610051;2.成都市成華區(qū)政府投資項(xiàng)目評審管理中心 , 四川成都 610051;3.成都市西匯投資有限公司, 四川郫縣 611730;4.四川省城市建設(shè)工程監(jiān)理有限公司, 四川成都 610041)

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大跨度單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在施工中的重點(diǎn)難點(diǎn)分析
——以郫縣體育館網(wǎng)殼工程為例

蒲珩璠1， 覃良玉1， 覃 明2， 陳紹洪3, 陳 寶4

(1.四川元豐建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司, 四川成都 610051;2.成都市成華區(qū)政府投資項(xiàng)目評審管理中心 , 四川成都 610051;3.成都市西匯投資有限公司, 四川郫縣 611730;4.四川省城市建設(shè)工程監(jiān)理有限公司, 四川成都 610041)

郫縣體育館項(xiàng)目是由鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)結(jié)合防水鋁板等形成承重結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)一體化造型屋蓋體系，其獨(dú)特的造型及結(jié)構(gòu)給施工帶來一定難度。文章以郫縣體育館網(wǎng)殼工程為例分析了施工的重點(diǎn)難點(diǎn)，并在施工過程中采取有針對性的施工措施，保證了結(jié)構(gòu)施工的安全性。

大跨度鋁網(wǎng)殼； 體育館； 精確定位； 加工精度； 安裝精度

體育場館等大型公共建筑通常要求內(nèi)部沒有支撐構(gòu)件，能形成大跨度、高大的開敞空間。單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)跨度大、結(jié)構(gòu)簡潔、受力均勻、荷載傳遞路線短、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)、構(gòu)件強(qiáng)度充分發(fā)揮、工作效率高、結(jié)構(gòu)自重輕，同時具有外觀新穎、降低能耗、擴(kuò)大使用空間、免日后維護(hù)、零滲漏的特點(diǎn)。大跨度鋁合金結(jié)構(gòu)相對于鋼結(jié)構(gòu)，鋁合金結(jié)構(gòu)在材料損耗、結(jié)構(gòu)自重、跨度、安裝工藝、施工工藝和工期等方面具有很大的優(yōu)勢。因此，大跨度單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在工程實(shí)踐中得到了較為廣泛的應(yīng)用。但由于鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在跨度、建筑造型、網(wǎng)格形式、節(jié)點(diǎn)形式、桿件截面和內(nèi)力、支座約束、施工方法等方面的特點(diǎn)，在整個施工過程中必須抓牢施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文針對鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，以郫縣體育館網(wǎng)殼工程為例進(jìn)行了具體分析，并在施工過程中有針對性的采取措施，在最大限度提高美觀的同時，保證了結(jié)構(gòu)施工的安全性。

1 工程概況

郫縣體育館位于四川省成都市郫縣郫筒鎮(zhèn),由成都市西匯投資有限公司出資的國家政府項(xiàng)目，由綜合體育館、室內(nèi)游泳館組成，軸網(wǎng)正交布置，兩館屋蓋連為一體，網(wǎng)殼跨度為65.5 m(短軸長度無支撐)，最高高度為24.15 m。結(jié)構(gòu)采用單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，兩館的整個屋面骨架為不規(guī)則的雙曲面的鋁合金單層網(wǎng)殼,上面為鋁板、玻璃等屋面圍護(hù)系統(tǒng)，結(jié)合防水鋁板形成防水體系，滿足保溫、隔熱、降噪、防水功能為一體的集成系統(tǒng)。是西部地區(qū)目前為止建筑體量最大、跨度最大、造型最復(fù)雜、施工較難的鋁合金結(jié)構(gòu)[1](圖1)。

圖1 郫縣體育館效果

2 大跨度單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)難點(diǎn)

郫縣體育場館網(wǎng)殼工程為空間曲面多網(wǎng)格，具有跨度較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作及安裝精度要求高等特點(diǎn)，其獨(dú)特的造型及結(jié)構(gòu)給施工帶來一定難度，為確保結(jié)構(gòu)施工安全，對本項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了具體分析。

2.1 精確的定位測量

2.1.1 鋁合金網(wǎng)殼工程測量特點(diǎn)

該工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工前和施工過程中時時涉及測量技術(shù)，該工程測量具有以下特點(diǎn)：

(1)設(shè)計(jì)精度要求高，精度控制難度大；

(2)基礎(chǔ)測量，需轉(zhuǎn)點(diǎn)；

(3)高空三維定位，實(shí)測難度大；

(4)吊裝范圍大，過程測量控制作業(yè)量大。

由測量特點(diǎn)可知，精確的測量和控制是鋁合金網(wǎng)殼能否順利安裝的前提；鋁合金吊裝安裝時的測量定位是保證構(gòu)件順利對接的基礎(chǔ)；在現(xiàn)場埋件的定位測量上，埋件安裝的精度是保證結(jié)構(gòu)桿件能否順利進(jìn)行安裝的關(guān)鍵。 因此測量放樣定位就顯得尤為重要, 在安裝前需安排測量工程師根據(jù)施工總包單位提供的測量坐標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行埋件定位控制。

2.1.2 工藝流程

工程測量前應(yīng)了解設(shè)計(jì)意圖、熟悉圖紙、掌握驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法，編制測量方案，校驗(yàn)測量儀器，確保施工精度。鋁合金網(wǎng)殼工程測量工藝流程見圖2。

圖2 鋁合金網(wǎng)殼工程測量工藝流程

2.1.3 測量控制網(wǎng)布設(shè)原則

本著“先整體后局部，先控制后碎部，高級控制低級” 的測量控制網(wǎng)布設(shè)原則，本工程平面控制網(wǎng)分兩級測設(shè)，首級為總控制網(wǎng)，二級為各部分軸線控制網(wǎng)?？偪刂凭W(wǎng)以業(yè)主和總包提供的控制(網(wǎng))點(diǎn)為基準(zhǔn)，測設(shè)時采用導(dǎo)線測量方法進(jìn)行測設(shè)。根據(jù)本工程平面特點(diǎn)，總控制網(wǎng)布設(shè)6個基準(zhǔn)點(diǎn)。二級控制網(wǎng)依據(jù)首級平面總控制網(wǎng)采用直角坐標(biāo)法和極坐標(biāo)法測設(shè)建筑軸線控制軸線。

高程控制根據(jù)業(yè)主和總包提供的由規(guī)劃勘測部門設(shè)置的水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)，引測到現(xiàn)場首級平面控制網(wǎng)的控制點(diǎn)，建立水準(zhǔn)基準(zhǔn)組。采用高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行數(shù)次往返閉合測量形成正式基準(zhǔn)點(diǎn)資料，便于相互校核和滿足分段施工的需要。這樣控制點(diǎn)組成測量總控制網(wǎng)，作為結(jié)構(gòu)、安裝工程施工和建筑物沉降觀測的測量依據(jù)。

2.2 桿件的加工高精度

鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的H型鋁合金桿件是本鋁合金空間曲面網(wǎng)格的主要組要部分，總量7 718根。H型鋁合金桿件制品的綜合性能、尺寸精度、生產(chǎn)周期是直接影響到本工程安裝質(zhì)量和安裝進(jìn)度的重要因素。鋁合金節(jié)點(diǎn)板是鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中連接點(diǎn)的關(guān)鍵部件。經(jīng)過對國內(nèi)大型鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)加工制造業(yè)的考察和技術(shù)調(diào)研，鋁合金節(jié)點(diǎn)板的深加工多采用最原始的手工錘敲、多次折彎、無模成型等技術(shù)來加工，但這些加工方式易造成材料表面有壓痕、開裂、曲面角度偏差過大或加工成本過高等問題，無法實(shí)現(xiàn)批量加工。因此鋁合金圓盤加工方式的優(yōu)化選擇是決定本工程能否高效、高精度安裝的關(guān)鍵點(diǎn)。

為了能夠精確的完成節(jié)點(diǎn)加工，提高整體建筑各方面的要求，達(dá)到承重、抗風(fēng)壓、地震荷載等功能，材料的選用是第一個重要環(huán)節(jié)。為確保產(chǎn)品內(nèi)在的質(zhì)量，在材料入場及加工制造的過程中，采用先進(jìn)的設(shè)備及儀器比如光譜分析儀、型材斷面測量系統(tǒng)、氙燈耐侯性試驗(yàn)箱、先進(jìn)電子材料試驗(yàn)機(jī)、鹽酸噴霧試驗(yàn)機(jī)、光澤測試儀、色差計(jì)等鋁型材產(chǎn)品必備和型式試驗(yàn)必備的檢測設(shè)備，保證本工程結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

桿體加工前必須對原材料先進(jìn)行探傷檢測，以確保原材料在加工前的品質(zhì)保障，按照實(shí)際圖紙要求尺寸，將原材料分類。熔鑄是鋁型材生產(chǎn)的首道工序，熔鑄后的鋁棒合金結(jié)構(gòu)均勻，細(xì)膩是型材擠壓質(zhì)量的前提保障。鋁合金熔煉是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁鑄棒的最重要工藝環(huán)節(jié)之一，如果工藝過程控制不當(dāng)，會在鋁鑄棒材中產(chǎn)生夾渣、氣孔、晶粒粗大、羽毛晶等多種鑄造缺陷。鑄造和熔煉生產(chǎn)都是鋁及鋁合金加工工藝中的組成部分，其主要目的是配制合金，通過適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?如精練和過濾)提高金屬凈度，鑄造成型。它不僅能提供符合加工要求的優(yōu)質(zhì)鑄錠，而且鑄錠質(zhì)量在很大程度上影響壓力加工過程和制品的質(zhì)量。擠壓是鋁合金型材加工流程的重要一環(huán)，擠壓方法的選擇、坯料形狀與尺寸的確定以及擠壓溫度和擠壓速度、模具結(jié)構(gòu)的確定都是影響鋁合金型材擠壓質(zhì)量的關(guān)鍵因素。擠壓加工能充分發(fā)揮材料的塑性或材料的最大變形量，使其金屬制品的綜合質(zhì)量大幅提高，但也存在相應(yīng)的缺陷。所以必須制定合理擠壓工藝流程，來保證鋁合金構(gòu)件的質(zhì)量和生產(chǎn)周期。鋁合金構(gòu)件的深加工是本工程所用鋁合金構(gòu)件制作的一個重要組成部分，H型鋁合金桿件及圓盤的加工尺寸、制孔精度對后期鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安裝起到關(guān)鍵性的作用。根據(jù)鋁合金大網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)前期的劃分區(qū)域、生產(chǎn)計(jì)劃料表、安裝優(yōu)先程度，優(yōu)先加工現(xiàn)場需要安裝的區(qū)域的鋁合金構(gòu)件，并組號標(biāo)識。嚴(yán)格按深化設(shè)計(jì)零件圖下料，下料前必須認(rèn)真看懂、理解零件圖的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、尺寸的含義，認(rèn)真核對型材代號及斷面形狀。下料加工前根據(jù)鋁合金型材加工的要求，做出高精度的樣板，保證下料的精確度，其中樣板與下料時的允許偏差必須滿足表1的要求。

表1 樣板(樣桿)與號料的允許偏差

2.3 現(xiàn)場構(gòu)件的精準(zhǔn)安裝

由于鋁結(jié)構(gòu)安裝往往需要用大量的節(jié)點(diǎn)板和桿件，且每塊節(jié)點(diǎn)板和每根桿件在尺寸上都有一定的差異，所以為了安裝工作的順利進(jìn)行，在安裝前需現(xiàn)場進(jìn)行節(jié)點(diǎn)板和桿件的區(qū)分工作。安排人員進(jìn)行圖紙分解，對節(jié)點(diǎn)板和桿件進(jìn)行分序堆放，有條件的可以直接將構(gòu)件堆放在相應(yīng)的工作面上，這樣安裝起來更省時省力，便于查找。然后進(jìn)行構(gòu)件安裝，根據(jù)安裝現(xiàn)場條件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，經(jīng)過多種方案的比選，決定采用滿堂腳手架搭設(shè)平臺、髙空散裝方式對本項(xiàng)目網(wǎng)殼進(jìn)行安裝，安裝方式為散裝。網(wǎng)殼深化設(shè)計(jì)過程中，按照軸線或者結(jié)構(gòu)沿線設(shè)計(jì)分區(qū)。

根據(jù)網(wǎng)殼的形狀及施工的合理性，先從網(wǎng)殼中間開始安裝，使網(wǎng)殼整體形成自支撐體系，然后從中間向兩端安裝網(wǎng)殼。桿件就位后采用鎖緊螺栓將桿件與節(jié)點(diǎn)板連接，用專用工具—?dú)鈩迎h(huán)槽鉚釘槍的槍口套在鉚釘?shù)墓ぷ鞫苇h(huán)槽上，并將槍口抵住釘套端面，再扣動槍上扳機(jī)，鉚釘槍即將鉚釘?shù)膴A緊段環(huán)槽釘桿拉緊，直到斷裂為止。此時，釘套內(nèi)壁擠入鉚釘?shù)墓ぷ鞫苇h(huán)槽中，形成新鉚釘頭，從而把被連接鉚接緊固。按照分區(qū)線將網(wǎng)殼的安裝施工分為若干區(qū)域，便于構(gòu)件的制作、發(fā)運(yùn)以及安裝過程的順序控制；同步安裝跨度方向兩端支座及其桿件，安裝網(wǎng)殼中段從底部至屋頂桿件，逐層安裝直至游泳館和綜合館的網(wǎng)殼連接，安裝整個場館中段部位桿件，從整個場館的中間向兩邊安裝，依次從中間向兩邊安裝，鋁結(jié)構(gòu)安裝完成，形成整體模型，保證安裝精度。

3 結(jié)束語

大跨度單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝作為一種新型的結(jié)構(gòu) 安裝工藝，對于整個施工來說，是一種新的挑戰(zhàn)。施工過程中通過精確定位、桿件的加工高精度要求，現(xiàn)場構(gòu)件精準(zhǔn)安裝的要求，結(jié)構(gòu)吊裝塔式起重機(jī)、拼裝平臺的合理布置，有序的合理穿插等系列措施，有效解決了空間大跨度鋁合金穹頂結(jié)構(gòu)及裝飾體系的安裝難題，取得了良好的實(shí)施效果，得到了同行和專家的肯定。本項(xiàng)目擬申報(bào)國家鋼結(jié)構(gòu)金獎。

[1] 覃明.本質(zhì)安全理念在郫縣體育場館網(wǎng)殼工程項(xiàng)目中的應(yīng)用 [J]. 四川建筑， 2016(6).

蒲珩璠(1981～)，女，本科，工程師，從事土木工程監(jiān)理工作。

覃明(1973～)，男，工程碩士，高級工程師，從事土木工程管理工作。

TU245.2

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[定稿日期]2017-02-27