孫曉陽，楊 鋒，趙 海，趙 旭，李正浩

(中國建筑第八工程局有限公司總承包公司，上海 201204)

1 工程概況

普陀山觀音圣壇項目位于浙江省舟山市朱家尖景區(qū)白山風(fēng)景區(qū)南側(cè)。建筑形態(tài)來源于普陀山普濟(jì)寺所供奉的毗盧觀音像?？傮w布局為“一主兩從”的建筑群，包括圣壇、善財樓、龍女樓和廣場?？偨ㄖ娣e61 900m2。圣壇室內(nèi)須彌山結(jié)構(gòu)裝飾一體化工程，為軸心對稱的多曲面空間藝術(shù)造型建筑，凈高度約55.8m，須彌山上部空間彎扭多曲面鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)呈寶瓶瓶頸狀(見圖1)，結(jié)構(gòu)平面呈圓形，結(jié)構(gòu)總高32.7m，底部直徑18.17m，中部直徑7.6m，頂部直徑21.65m，鋁合金結(jié)構(gòu)桿件共7 000余塊，玻璃587塊。

圖1 空間彎扭鋁合金結(jié)構(gòu)效果

2 施工難點及新技術(shù)應(yīng)用

2.1 施工難點

1)本工程鋁合金結(jié)構(gòu)均為雙曲面桿件，加工制作難度大，安裝成型的精度要求高。

2)對超高鋁合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段預(yù)拼裝，精度控制難，且結(jié)構(gòu)截面呈環(huán)形，預(yù)拼裝過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力復(fù)雜，如何控制整體沉降、避免構(gòu)件變形是難點。

3)室內(nèi)安裝空間狹小，大型起重機(jī)械、運(yùn)輸設(shè)備使用受限，鋁合金桿件、玻璃運(yùn)輸及吊裝難度較大；裝飾節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，安裝工序繁瑣，如何創(chuàng)新應(yīng)用鋁合金結(jié)構(gòu)施工技術(shù)、保證安裝質(zhì)量是難點。

2.2 新技術(shù)

以常規(guī)鋁合金施工技術(shù)為根本，與數(shù)字化技術(shù)、科學(xué)指導(dǎo)相結(jié)合作為指導(dǎo)思想，結(jié)合工程實際采用的新技術(shù)包括鋁合金桿件制作工藝、鋁合金結(jié)構(gòu)分段預(yù)拼裝技術(shù)、空間點陣測量定位技術(shù)、基礎(chǔ)鋼平臺安裝工藝、高空盤扣架搭設(shè)技術(shù)、鋁合金桿件安裝技術(shù)、鋁合金結(jié)構(gòu)卸載、多曲面防火玻璃及裝飾鋁板安裝工藝、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 工藝流程(見圖2)

圖2 工藝流程

3.2 鋁合金桿件制作工藝

3.2.1空間彎扭鋁合金桿件制作工藝

1)深化設(shè)計 應(yīng)用BIM技術(shù)建立鋁合金結(jié)構(gòu)三維建筑信息模型并進(jìn)行虛擬論證，主要對鋁合金結(jié)構(gòu)與另一形式結(jié)構(gòu)連接的節(jié)點部位進(jìn)行重點深化研究，從完成效果和后續(xù)專業(yè)施工角度實現(xiàn)深化設(shè)計，明確工程中使用的復(fù)雜桿件外形及功能要求。包括雙曲鋁合金桿件、雙曲鋁合金節(jié)點板、雙曲十字形連接板及環(huán)槽鉚釘緊固件。

2)桿件加工 為實現(xiàn)鋁合金結(jié)構(gòu)彎扭效果，定制化改造了現(xiàn)有重型數(shù)控滾輪式三輥機(jī)。通過控制彎扭制作角度，對較大彎扭角度桿件進(jìn)行≥10次彎扭，之后進(jìn)行彎扭校正，簡化曲面加工過程，確保了鋁合金桿件曲率要求，提高彎扭精度。

3.2.2鋁合金結(jié)構(gòu)分段預(yù)拼裝技術(shù)

3.2.2.1預(yù)拼裝工藝流程

在桿件制作完成后及出廠前，按鋁合金結(jié)構(gòu)整體分段原則，每分段桿件加工完成后進(jìn)行分段預(yù)拼裝，并進(jìn)行觀感質(zhì)量驗收，確保各方面技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計圖紙及規(guī)范要求，提升生產(chǎn)制作效率。施工流程為：構(gòu)件分段制作→環(huán)形鋼梁安裝→測量找平→鋼支撐安裝→腳手架搭設(shè)→構(gòu)件預(yù)拼裝→觀感質(zhì)量驗收→安裝數(shù)據(jù)測量→保護(hù)性拆除→構(gòu)件包裝。

3.2.2.2預(yù)拼裝分段

鋁合金結(jié)構(gòu)分為8個預(yù)拼裝段，每段高度控制在4m左右，最大預(yù)拼裝截面約21.65m，最小截面約7.6m，縮短了整體預(yù)拼裝工期，確保高精度控制結(jié)構(gòu)分段曲率。

3.2.2.3預(yù)拼裝作業(yè)平臺

預(yù)拼裝結(jié)構(gòu)高度≥2.0m時，搭設(shè)預(yù)拼裝階段作業(yè)平臺(見圖3)。該作業(yè)平臺采用盤扣式腳手架搭設(shè)，沿環(huán)形鋼梁內(nèi)、外側(cè)各1.5m搭設(shè)環(huán)形腳手架。腳手架為φ48×3.2標(biāo)準(zhǔn)盤扣式腳手架，依據(jù)規(guī)范要求確定立桿橫距、縱距、步距，布設(shè)防護(hù)欄桿、安全通道等，確保了預(yù)拼裝階段施工安全，有效提升了施工效率。

3.2.2.4預(yù)拼裝專用工裝

鋁合金結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝應(yīng)力和側(cè)向位移存在對拼裝結(jié)構(gòu)造成永久性損傷的可能性。通過在預(yù)拼裝過程中采用專用工裝，以消除反力造成的集中應(yīng)力和側(cè)向擠壓，專用工裝由轉(zhuǎn)換支架和環(huán)形鋼梁組成。

1)轉(zhuǎn)換支架 采用與鋁合金桿件截面相近的H型鋼(Q235B)制作轉(zhuǎn)換支架，支撐角度根據(jù)預(yù)拼裝段桿件角度放樣確定，轉(zhuǎn)換支架高度控制在800mm以內(nèi)，支撐下部通過銷軸連接副連接在環(huán)形鋼梁上，上部通過節(jié)點連接固定預(yù)拼裝段，支撐數(shù)量根據(jù)預(yù)拼裝段的節(jié)點尺寸確定。

2)環(huán)形鋼梁 為保證構(gòu)件生產(chǎn)制作及現(xiàn)場安裝的連續(xù)性，確保工序銜接緊湊，采用環(huán)套環(huán)的環(huán)形鋼梁作為預(yù)拼裝平臺，主要用于網(wǎng)殼預(yù)拼裝時固定轉(zhuǎn)換支架，由主梁、次梁組成，主梁、次梁選用H型鋼(Q235B)制成。環(huán)形鋼梁尺寸根據(jù)預(yù)拼裝段截面確定，轉(zhuǎn)換支架點位數(shù)量經(jīng)計算確定，控制在4～8個并對稱布置。

3.3 高空鋁合金施工操作平臺搭設(shè)技術(shù)

3.3.1基礎(chǔ)鋼平臺安裝工藝

1)地下室鋼結(jié)構(gòu)斜撐加固 經(jīng)過結(jié)構(gòu)受力驗算，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換鋼平臺中間4個支座落在首層混凝土框架梁上，框架梁下部通過設(shè)置八字鋼結(jié)構(gòu)斜撐進(jìn)行頂撐加固，將框架梁承受的荷載傳遞至柱上，以確保結(jié)構(gòu)安全。經(jīng)設(shè)計確認(rèn)，加固措施可行。地下室鋼結(jié)構(gòu)斜撐加固節(jié)點如圖4所示。

2)基礎(chǔ)鋼平臺搭設(shè) 根據(jù)工程現(xiàn)場情況，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換鋼平臺設(shè)置為長20m、寬20m，梁下距離首層地面高度為4.5m，柱、主梁、次梁均采用H型鋼加工制作。基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換鋼平臺共12個立柱，其中8個立柱通過預(yù)埋板安裝在地下室混凝土結(jié)構(gòu)柱上，4個立柱通過預(yù)埋板安裝在地下室混凝土框架梁上。基礎(chǔ)鋼平臺安裝工藝如圖5所示。

圖5 基礎(chǔ)鋼平臺安裝工藝

3.3.2高空盤扣式腳手架搭設(shè)技術(shù)

3.3.2.1高空盤扣式腳手架搭設(shè)

1)腳手架分區(qū)設(shè)置 在基礎(chǔ)鋼平臺上搭設(shè)盤扣式腳手架作為操作架，根據(jù)工程現(xiàn)場情況，腳手架搭設(shè)長度20m、寬度20m，凈高度49.84m。根據(jù)須彌山造型特點，將腳手架劃分為3個分區(qū)(見圖6)：A1區(qū)腳手架共33步，A2，A3區(qū)腳手架均為10步。

圖6 腳手架平面分區(qū)

2)支架搭設(shè) 根據(jù)專項施工方案與支架體系平面布置圖，采用彈線放置每個可調(diào)底座，確保位置正確。嚴(yán)格按照施工流程作業(yè)，平面方向先采用4根立桿組成1個塔式穩(wěn)定體，安裝水平橫桿后再向周邊擴(kuò)展，垂直方向搭完1層后再搭設(shè)次層，以此類推。在場地四周施作0.500mm水平標(biāo)記，拉通線找平。第1步支撐組立完成后，以水平尺控制，確保每個可調(diào)底座達(dá)到同一水平位置。各桿件采用插銷結(jié)合，結(jié)合后再以榔頭槌實。

3.3.2.2材料運(yùn)輸及安全通道設(shè)置

1)材料水平運(yùn)輸 采用標(biāo)準(zhǔn)板車完成水平運(yùn)輸，板車自圣壇主入口進(jìn)入，從水平運(yùn)輸通道運(yùn)至基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換鋼平臺垂直運(yùn)輸洞口正下方卸料，板車水平運(yùn)輸通道應(yīng)做好警示標(biāo)識，并安排專人監(jiān)管。

2)材料垂直運(yùn)輸 在頂部9層樓板上安裝1臺2t標(biāo)準(zhǔn)電動葫蘆，通過腳手架中間的垂直運(yùn)輸通道完成材料處置運(yùn)輸。

3)本工程在室內(nèi)施工，材料垂直運(yùn)輸受限，為滿足施工需求，在滿堂腳手架中心設(shè)置6m×2m的垂直運(yùn)輸通道，垂直運(yùn)輸通道洞口的設(shè)置應(yīng)滿足最大構(gòu)件外形尺寸要求。水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸及安全通道如圖7所示。

圖7 水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸及安全通道示意

3.4 鋁合金結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

3.4.1空間點陣測量定位技術(shù)

3.4.1.1項目坐標(biāo)系建立

1)坐標(biāo)原點 須彌山中央經(jīng)線與水平面的交點為坐標(biāo)原點。

2)坐標(biāo)方向 圣壇主入口中線為縱軸線，北方向為正向，橫軸線垂直于縱軸線。

3)單位長度 同設(shè)計圖紙，單位長度為1mm。

3.4.1.2三維點陣測量體系建立

根據(jù)須彌山鋁合金結(jié)構(gòu)多曲面形構(gòu)造規(guī)則，建立三維空間點陣體系，采用多點位分層測量的施工方法，以3層的4個測量控制點作為測量基準(zhǔn)點(見圖8)，布置平面控制網(wǎng)，利用各層標(biāo)高控制線布置高程控制網(wǎng)，解決室內(nèi)無法使用GPS定位儀布置測量控制基準(zhǔn)點的難題。

圖8 空間點陣測量定位技術(shù)

3.4.2鋁合金桿件安裝技術(shù)

3.4.2.1安裝分段劃分

鋁合金桿件依據(jù)曲率和高度分為12段進(jìn)行施工，逐層向上邊搭設(shè)腳手架邊安裝，腳手架也同步安裝12次，確保了全流程動態(tài)施工，提高了施工效率。

3.4.2.2安裝工藝

采用滿堂腳手架高空散裝法，自下而上一次安裝鋁合金結(jié)構(gòu)，為避免安裝誤差累積，每安裝1跨鋁合金桿件后，進(jìn)行1次校正。邊安裝鋁合金桿件邊搭設(shè)腳手架，腳手架搭設(shè)貫穿整個網(wǎng)殼安裝過程，且每段安裝彎扭鋁合金桿件和節(jié)點板時，始終保持腳手架搭設(shè)進(jìn)度比安裝進(jìn)度快1段。

1)鋁合金桿件及十字芯連接板安裝工藝 研發(fā)一種十字芯連接板進(jìn)行鋁合金桿件連接，可避免在桿件上二次開孔，滿足須彌山鋁合金結(jié)構(gòu)大空間異形復(fù)雜形體的節(jié)點結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

2)鋁合金節(jié)點板及維護(hù)插銷底座安裝工藝 待1圈鋁合金桿件及十字芯連接板安裝完成后，在十字芯連接板外側(cè)安裝鋁合金節(jié)點板，鋁合金節(jié)點板采用鋁合金專用M10螺栓鎖緊連接，進(jìn)一步在鋁合金節(jié)點板外側(cè)采用螺栓固定維護(hù)插銷底座，用于裝飾鋁板安裝。鋁合金節(jié)點板、沉頭Huck不銹鋼螺釘、裝飾板與鋁合金桿件均為擠壓成型。

3)內(nèi)側(cè)EPDM膠條安裝工藝 采用具有耐熱性、耐候性的EPDM膠條安裝固定于須彌山鋁合金結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，確保結(jié)構(gòu)連接性、密封性、裝飾性和安全性能均符合設(shè)計要求。

3.4.3卸載技術(shù)

卸載過程中，采用數(shù)碼視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)對須彌山鋁合金頂部外圈4處對稱點做實時位移監(jiān)測，卸載完成后對所有點進(jìn)行位移監(jiān)測，卸載時間為1個月。須彌山鋁合金結(jié)構(gòu)所有造型點的位移監(jiān)測結(jié)果表明，卸載后的須彌山鋁合金結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，整體沉降40mm左右，小于設(shè)計預(yù)定值100mm。

3.4.4多曲面防火玻璃及裝飾鋁板安裝

3.4.4.1玻璃吊運(yùn)

采用的硼硅防火玻璃為多曲面玻璃，規(guī)格為6mm+3.04SGP+6mm，最大構(gòu)件外形尺寸為長3.458m、寬2.283m，玻璃尺寸較大，電動吸盤吸不牢靠，為保證施工安全，采用吊帶進(jìn)行吊裝。針對長度<1.8m的玻璃利用吊帶綁扎；長度>1.8m的玻璃，參照長度<1.8m的吊帶綁法，雙面綁扎、立面吊裝。

3.4.4.2玻璃安裝分段劃分

玻璃依據(jù)人均承重不得超過30kg，按照由上至下的安裝順序，共劃分為8個施工段，安裝玻璃前先安裝玻璃托條并檢查確保牢靠，保證玻璃的臨時固定安全。

3.4.4.3裝飾鋁板及防火玻璃安裝工藝

1)鋁合金桿件、節(jié)點板防火涂料施工工藝 清除鋁合金結(jié)構(gòu)桿件表面灰塵和其他粘附物，保證桿件表面無水漬、油污等，采用壓送式噴涂機(jī)進(jìn)行無機(jī)鋁合金防火涂料噴涂工作，噴嘴與基面基本保持垂直，噴槍移動方向與基材基本平行，局部鏤空處可采用人工涂刷完成。

2)側(cè)封板、燈槽板、遮光板安裝工藝 鋁合金側(cè)封板、燈槽板、遮光板的安裝順序是從每個縱向桿件的第1排開始，逆時針自上而下安裝，安裝完成2層后，應(yīng)進(jìn)行精度檢查，以便及時消除誤差。采用單面施工的鉤形螺栓固定。

3)外側(cè)EPDM膠條安裝工藝 同內(nèi)側(cè)EPDM膠條安裝工藝一致，根據(jù)外側(cè)構(gòu)造節(jié)點進(jìn)行外側(cè)EPDM膠條安裝，并同步安裝M8螺栓，用于固定鋁合金墊框和鋁合金玻璃壓板。

4)玻璃托條及硼硅防火玻璃安裝工藝 須彌山鋁合金玻璃幕墻采用板塊安裝，在每塊玻璃板塊下端設(shè)置2個不銹鋼托條，托條主要承受分格玻璃自重，長度應(yīng)≥100mm，厚度應(yīng)≥2mm，高度不應(yīng)超出玻璃外表面，托條上應(yīng)設(shè)置襯墊。

5)不銹鋼壓板及鋁合金墊框安裝工藝 根據(jù)M8螺栓布設(shè)位置，沿鋁合金桿件方向在M8螺栓兩側(cè)安裝不銹鋼壓板，壓板材質(zhì)同不銹鋼托條，長50mm；同步在M8螺栓上固定安裝鋁合金墊框。

6)防火膠條及鋁合金玻璃壓板安裝 采用鑲嵌式密封防火膠條，在須彌山鋁合金桿件上預(yù)留了15mm寬卡槽；鋁合金玻璃壓板的安裝應(yīng)表面平整，色彩一致，接縫應(yīng)均勻嚴(yán)密。

7)外側(cè)及內(nèi)側(cè)端頭鋁板安裝工藝 首先安裝外側(cè)端頭鋁板，采用鑲嵌式固定，全部安裝完成后進(jìn)行內(nèi)側(cè)端頭鋁板安裝固定。

3.4.5應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)

在須彌山鋁合金結(jié)構(gòu)分段拼裝至沉降穩(wěn)定過程中，對結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測。由監(jiān)測結(jié)果可知，在每輪鋁合金桿件(或玻璃)開始安裝階段，應(yīng)力呈階梯狀緩慢上升趨勢，表明過程中鋁合金結(jié)構(gòu)應(yīng)力緩慢增加，無局部異常突變情況，整體鋁合金結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變正常。

4 質(zhì)量管控要點

4.1 構(gòu)件截面尺寸保證措施

1)為保證截面尺寸準(zhǔn)確，須預(yù)留一定的加工余量。

2)H形鋁合金桿件制作、彎曲、扭轉(zhuǎn)要在專用設(shè)備上進(jìn)行。

3)工廠預(yù)拼裝場地必須為夯實場地，預(yù)拼裝應(yīng)在堅實、穩(wěn)固的預(yù)拼裝平臺或胎架上進(jìn)行。

4)組對好的構(gòu)件應(yīng)及時進(jìn)行截面尺寸檢查，尺寸檢查合格后方可進(jìn)行下道工序。

4.2 構(gòu)件運(yùn)輸質(zhì)量保證措施

1)構(gòu)件運(yùn)輸原則是減少變形、降低運(yùn)輸成本、保證現(xiàn)場成套組裝、方便安裝、保證現(xiàn)場安裝順序及安裝進(jìn)度。

2)堆置構(gòu)件時，應(yīng)避免構(gòu)件發(fā)生彎曲、扭曲及其他損傷。

3)為方便安裝，應(yīng)使構(gòu)件按安裝順序進(jìn)行分類堆放及運(yùn)輸。

4)包裝零散件，以免裝運(yùn)、搬卸、儲存期間受損壞，在每件包裝外做好標(biāo)簽，標(biāo)出名稱、規(guī)格、型號、重量及所屬安裝區(qū)域等，并與相匹配的出廠段同時運(yùn)至安裝現(xiàn)場，以保證現(xiàn)場成套組裝。

5)構(gòu)件裝運(yùn)時，應(yīng)考慮車輛的顛簸，做好臨時性綁扎和加固，以防構(gòu)件變形、散失和扭曲。

6)運(yùn)輸時應(yīng)在車上鋪好墊木，用倒鏈封車，并對倒鏈與構(gòu)件接觸部位實施保護(hù)措施。

7)根據(jù)施工現(xiàn)場安裝順序進(jìn)行運(yùn)輸，同一施工段的構(gòu)件應(yīng)根據(jù)制作和安裝進(jìn)度集中統(tǒng)一運(yùn)輸。

5 結(jié)語

本文結(jié)合普陀山觀音圣壇項目中須彌山形空間彎扭鋁合金結(jié)構(gòu)施工，介紹了復(fù)雜空間彎扭鋁合金結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，包括鋁合金桿件制作、分段預(yù)拼裝、創(chuàng)新組合操作平臺、鋁合金結(jié)構(gòu)整體卸載、結(jié)構(gòu)及玻璃安裝、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用。