曹 輝

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

鋼、鋁混合結(jié)構(gòu)是指運用鋼材和鋁材相互組合的方式建造的建筑物結(jié)構(gòu)體系，由于鋁材強度大，同時又比鋼材密度小，因此可以實現(xiàn)更大跨度、更多樣化造型的屋面結(jié)構(gòu)。

在上海市崇明體育訓(xùn)練基地綜合訓(xùn)練館工程中，其屋面最外圍懸挑一圈為鋼結(jié)構(gòu)，中央?yún)^(qū)域由鋁桿件形成大跨度的穹頂造型。屋蓋最高高度為21.35 m，長和寬為45 m×48 m，面積2160 m2，鋼結(jié)構(gòu)截面形式主要為□200 mm×200 mm×8 mm×8 mm、□320 mm×300 mm×20 mm×20 mm、H320 mm×200 mm×8 mm×10 mm，鋁合金結(jié)構(gòu)截面主要形式為H320 mm×180 mm×8 mm×10 mm與H320 mm×200 mm×9 mm×11 mm。該結(jié)構(gòu)形式在滿足安全、可靠的同時，也滿足了外觀裝飾效果（圖1）[1-3]。

2 施工工藝

2.1 主要施工技術(shù)特點與難點

1）如何降低大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在安裝過程中的變形及消除殘余應(yīng)力，并保證高空作業(yè)的施工安全是首先面臨的重點、難點。

2）鋁構(gòu)件均在廠區(qū)內(nèi)預(yù)制加工，鋁型材擠壓、精加工全部采用開模標準化數(shù)控制作，確保制孔精度在0.05 mm以內(nèi)，嚴禁現(xiàn)場修改、擴孔，對前期的優(yōu)化設(shè)計與加工要求很高。

圖1 鋼、鋁混合結(jié)構(gòu)形式

3）曲面網(wǎng)格殼體現(xiàn)場安裝上的定位、放線及精度控制工作十分重要，安裝精度要求非常高。鋁合金結(jié)構(gòu)安裝過程中對每一個節(jié)點盤的三維坐標控制是本工程的重點之一，需控制x，y坐標在10 mm之內(nèi)，z坐標在5 mm之內(nèi)，保證此精度才可確保最終結(jié)構(gòu)的順利合攏。

4）本工程屋蓋由屋面鋼構(gòu)件和鋁構(gòu)件構(gòu)成，涉及大量鋼、鋁連接節(jié)點和鋁桿件間連接節(jié)點（圖2）。面對眾多的復(fù)雜節(jié)點，如何制訂合理的施工工藝，降低鋼、鋁結(jié)構(gòu)的安裝誤差，提高節(jié)點安裝精度也是一大難點。

5）本工程建設(shè)施工是個多專業(yè)協(xié)同配合的綜合性工程，在土建基礎(chǔ)及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工前即引入結(jié)構(gòu)預(yù)埋件的制作安裝作業(yè)，保證預(yù)埋件及時準確的定位安裝，是后序整體工程順利施工的重點。除與土建結(jié)構(gòu)施工配合外，與設(shè)備安裝等配合均要求有合理科學(xué)的技術(shù)措施加以保證。

2.2 施工總技術(shù)路線

圖2 屋蓋主要節(jié)點形式

先安裝綜合訓(xùn)練館4個角部鋼立柱和屋面外圍一圈懸挑鋼梁以形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，再安裝中央?yún)^(qū)域鋁合金屋蓋，其安裝順序是從最外圈向內(nèi)逐圈安裝，注意鋼、鋁桿件間的連接板應(yīng)后焊，以便于最后結(jié)構(gòu)合攏時進行誤差調(diào)整。鋼、鋁桿件采用跨外汽車吊配合塔吊進行散件吊裝，同時利用現(xiàn)場腳手架搭設(shè)的施工平臺配合可調(diào)節(jié)撐托進行桿件的定位安裝和調(diào)整。

“先鋼后鋁、節(jié)點板后焊及高空作業(yè)平臺”能有效消除鋼結(jié)構(gòu)的安裝誤差和解決鋁合金網(wǎng)殼安裝過程中變形大的問題，并大大降低了高空作業(yè)的危險性，于安裝施工安全和總工期有利。

2.3 支撐體系設(shè)計

綜合考慮安全及荷載因素，場館采用扣件式鋼管腳手架滿堂方式搭設(shè)操作平臺，主要用于堆放材料以及工人利用此平臺進行桿件安裝，并利用部分立桿設(shè)置可調(diào)撐托支撐節(jié)點板。

1）鋼管采用Q235B、φ48.3 mm×3.5 mm鋼管，間距為1.5 m×1.5 m，步距為1.5 m，滿布斜桿，并按照規(guī)范要求設(shè)水平及豎向剪刀撐，在頂層設(shè)置一層作業(yè)面，滿鋪鋼絲網(wǎng)片。頂層工作面四周在高1.2 m位置設(shè)置扶手桿。水平剪刀撐上下間隔不超過8 m，并在作業(yè)面下方滿鋪安全網(wǎng)，高度方向每隔6 m搭設(shè)1道安全網(wǎng)。搭設(shè)高度依據(jù)網(wǎng)殼的高度降低1.5～2.0 m，作業(yè)面布設(shè)為階梯狀（圖3）。

2）網(wǎng)殼支撐點的布設(shè)為隔一個節(jié)點板設(shè)置一個，即支撐6根桿件及8個節(jié)點板的質(zhì)量，由于桿件每根最大質(zhì)量為43 kg，節(jié)點板每個最大質(zhì)量為17 kg，故支撐節(jié)點板的立桿承受的荷載最大為3.96 kN。

3）根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在腳手架上設(shè)置4個堆放平臺用于材料堆放（圖4），材料堆放荷載最大為3 kN/m2（根據(jù)10根長3 m的鋁合金桿件的質(zhì)量計算），考慮2個作業(yè)人員荷載，共計5 kN/m2，堆料平臺尺寸為4.5 m× 6.0 m，距離腳手架長軸方向外邊水平距離為8 m。卸料平臺的載荷為3 kN，搭設(shè)過程采用加密搭設(shè)，在1.5 m×1.5 m的立桿間距基礎(chǔ)上，于中部增設(shè)1根立桿，即卸料平臺區(qū)域的立桿間距為0.75 m×0.75 m。

圖3 綜合訓(xùn)練館腳手架搭設(shè)立面

圖4 材料堆放平臺設(shè)置示意

2.4 主要安裝過程及控制要點

2.4.1 鋼結(jié)構(gòu)主要安裝過程及控制要點

1）先行安裝鋼結(jié)構(gòu)周圍一圈鋼柱及鋼邊梁以形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)（圖5）。

圖5 鋼柱及鋼邊梁安裝

2）立柱吊裝到位后利用全站儀控制牛腿中心坐標，利用葫蘆調(diào)整到位后與支座焊接固定。

3）鋼梁利用端部的耳板，采用臨時安裝螺栓固定后與邊拱柱牛腿焊接（圖6）。

4）懸挑構(gòu)件一端利用構(gòu)件端部的耳板，采用臨時安裝螺栓固定于已安裝的構(gòu)件上；另一自由端使用全站儀控制牛腿口坐標，同時利用葫蘆調(diào)整到位后搭設(shè)腳手架抱箍固定于腳手架上，隨后完成焊接。

2.4.2 鋁結(jié)構(gòu)主要安裝過程及控制要點

1）結(jié)構(gòu)安裝前須對支座連接板進行精確測量定位，以保證上部桿件拼裝順利和控制安裝偏差。

2）由于下部施工時會有一定的施工偏差，故網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)對下部結(jié)構(gòu)相關(guān)的尺寸要求較高。因此在結(jié)構(gòu)安裝前必須到現(xiàn)場量測，取得第一手資料數(shù)據(jù)，解決施工偏差的問題。支座連接板安裝時，先根據(jù)設(shè)計支座坐標值用全站儀將支座連接板標高調(diào)整好，并在埋件板上精放中心線。支座安裝完成后進行復(fù)檢，確保埋件的平面位置偏差在5 mm以內(nèi)，標高誤差在3 mm以內(nèi)。

3）綜合訓(xùn)練館的鋁合金網(wǎng)殼與鋼柱對接采用筋板連接方式，筋板現(xiàn)場進行焊接（圖7），可消解鋼結(jié)構(gòu)安裝產(chǎn)生的誤差。

圖6 端部耳板固定示意

圖7 連接板現(xiàn)場焊實景

4）屋蓋安裝時，每預(yù)留三跨鋁合金桿件僅進行臨時固定，以便于在后續(xù)安裝過程中可隨時調(diào)整，待整體結(jié)構(gòu)合攏并滿足精度要求后，方可用鉚釘槍進行鉚釘緊固。

2.4.3 鋁合金網(wǎng)殼安裝糾偏措施

鋁合金網(wǎng)殼安裝精度要求高，在安裝過程中不可避免會出現(xiàn)安裝誤差，關(guān)于安裝誤差的糾偏措施如下[4-5]：

1）提高加工制作的精度，減少現(xiàn)場安裝偏差的累積。工廠桿件及節(jié)點板的加工已實現(xiàn)全數(shù)控加工，制孔加工精度可達到0.05 mm，孔距精度可達到0.10 mm，高精度的加工質(zhì)量減少了現(xiàn)場的安裝誤差及相應(yīng)累積誤差。

2）加密、加強現(xiàn)場測量控制，控制施工過程中施工誤差的累積，如發(fā)現(xiàn)超出規(guī)范的應(yīng)及時通知現(xiàn)場工長并采用措施進行調(diào)整。

3）調(diào)整的方式主要為支撐點對節(jié)點板的標高調(diào)整以及采用強制就位等方式，確保桿件和節(jié)點板的順利安裝，但嚴禁現(xiàn)場對桿件及節(jié)點板的孔進行修改、擴孔等，防止誤差的累積。

2.4.4 網(wǎng)殼安裝測量控制

本工程測量的重點為支座處埋件的平面位置及標高控制，以及最終網(wǎng)殼桿件安裝完成后整體撓度的測量控制。

在支座和桿件安裝的過程中，必須對已就位的節(jié)點盤進行監(jiān)控，其方法是用全站儀實測其三維坐標，并與設(shè)計值相比較，及時消除偏差值。支座的定位測量、放樣是整個安裝工程的重中之重，必須認真對待。首先應(yīng)根據(jù)下支座的中心坐標算出相互垂直的縱橫4點坐標（該4點的距離要大于支座底板的尺寸），根據(jù)4點坐標，用墨線彈出十字線以便于支座定位，并用全站儀復(fù)核三維坐標。

在施工過程中，依據(jù)2個場館的測量控制點對已安裝完畢的相應(yīng)節(jié)點利用全站儀及時進行跟蹤測量，確保安裝完成部分的三維坐標符合規(guī)范要求（圖8）。

圖8 9個綜合訓(xùn)練館網(wǎng)殼測量控制點

3 結(jié)語

鋼、鋁混合結(jié)構(gòu)在我國作為一種新興的結(jié)構(gòu)形式，其關(guān)鍵是要控制好鋼構(gòu)件與鋁構(gòu)件之間的連接節(jié)點及鋁合金節(jié)點盤的精度，確定高效的施工工藝和過程控制措施。根據(jù)屋蓋質(zhì)量及材料堆載情況，合理設(shè)置支撐體系，確保操作平臺滿足結(jié)構(gòu)安裝的荷載要求，保證屋蓋安裝過程中的變形量和桿件鉚接穿孔質(zhì)量，做到現(xiàn)場零擴孔，使工程的質(zhì)量、安全、工期得到把控，為整個屋面工程的順利完工打下堅實的基礎(chǔ)，并為此類混合屋蓋施工積累了經(jīng)驗。