不规则曲面铝合金网架的成套施工技术

2015-09-20

建筑施工 2015年11期

上海市机械施工集团有限公司上海 200072

1 工程概况

虹桥商务区核心区（一期）区域供能能源中心及配套工程是上海虹桥商务区核心区工程的重要配套工程。能源中心项目分南、北各一个能源站。

南站位于嘉闵高架路以东，华翔路建虹路环形匝道内，用地面积9 505 m2，为地下2层、地上1层结构。北区能源站位于华翔路扬虹路环形匝道内，用地面积7 952 m2，占地面积3 903 m2，为地下1层、地上2层结构。

为了更能达到防腐作用，对高湿度的冷却塔围护更为有利，南北站顶棚均采用铝合金结构形式，铝合金材质为6061-T6，其中南站铝合金装饰网架约2 100 m2，高约16 m。网架主要由材料截面为250 mm×125 mm×5 mm×9 mm的工字铝合金拼接而成。

北站高约20 m，为多曲面不规则锥体。是一个冷却塔的围护结构，为了达到建筑外观的完美，每个立柱均为向内不同角度的倾斜，形成一个椭圆锥体；外立面采用铝合金百叶，能达到通风、遮光、遮视线的作用；结构采用工字铝合金结构，并设一定的斜支撑，以达到稳定效果，截面形式为350 mm×200 mm×8 mm×13 mm及350 mm×200 mm×10 mm×13 mm共2种[1,2]。

2 铝合金工程施工工艺

2.1 现场测量

2.1.1 准备工作

埋件安装的精度是保证该工程能否顺利进行的关键，因此保证埋件的精度是本工程成败的重中之重。

施工测量前对测量员进行了系统的交底，熟悉施工图纸，不断地在电脑中反复模拟，我们还采用从日本进口的、反应时间达到2 s的红外线全站仪及可360°旋转的反射棱镜。从测量方案的编制、数据准备及偏差的纠正等方面事先考虑好应对措施。

为了使现场安装准确，构件加工前，我们对现场每个埋件进行实测实量，将实际数据反馈到建筑模型中，调整构件杆件的相关尺寸。

2.1.2 针对该工程制订的详细的测量方法

网架及铝合金百叶结构的测量，主要为支座位置，它根据设计后的X、Y、Z轴坐标，由土建提供原始坐标点和现场轴线位置，用全站仪进行测量定位每个支座点位，其中南站为52个点，北站为113个点。这里需要说明的是，构件上的测量点在节点的中心位置。

2.2 埋件安装

现场埋件的安装，根据设计要求的坐标点和图示方向，在土建浇筑混凝土线，固定在圈梁和支承柱顶上（北站共113个埋件，南站52个埋件），要用全站仪严格控制埋件达到设计的精度，X、Y方向为-5～+5 mm，Z方向为-3～+3 mm，确保网架支座能正确地坐落在埋件上。

为了确保埋件安装的正确性和减少偏差，总包在埋件安装过程中需要进行多次测量复核、调整。为防止混凝土结构施工对埋件位置造成影响，对调整好的埋件进行临时钢性支撑固定；在混凝土施工过程中，我公司将安排人员跟踪检查埋件位移情况，发现问题需施工方及时解决，确保埋件安装质量。

1）混凝土浇筑前再次复核埋件坐标，确保埋件位置的正确性（每个埋件在不同的施工阶段将复测3～5次）。

2）与土建单位密切配合，在浇筑混凝土时，埋件施工技术、测量人员不间断地进行现场观测，用红外线全站仪直接对准埋件定位点进行复核，如出现问题立即采取相应措施进行调整[3,4]。

2.3 支座安装

结构安装前须对支座连接板进行精确测量定位，以保证上部杆件拼装顺利和控制安装偏差。

由于土建施工时会有一定的施工偏差，网壳结构对土建结构相关的尺寸要求较高。所以在结构安装前必须到现场进行量测，取得第一手资料数据，解决土建施工偏差。支座坐标的允许偏差值X与Y方向为-5～+5 mm、Z方向为-3～+3 mm，支座连接板安装时，先根据设计支座坐标值用全站仪将支座连接板标高调整好，再在埋件板上精放出中心线。

2.4 施工总体技术路线

铝合金单层网壳结构及铝合金百叶结构采用满堂支撑脚手架搭设、高空单件散装方案，部分无法搭设满堂脚手架的地方局部使用可移动即搭拆脚手架来配合现场特殊工况。

根据现场实测数据，将支座与预埋件进行电焊临时固定，并开始进行最底层杆件的安装，将底层构件沿支座方向全部安装到位，将施工偏差调整至设计要求范围内，然后将支座与预埋件固定，随即可从任一点往上安装构件，为了防止铝合金构件累计误差较大，一般采用由两侧向中间进行对称安装的方法，形成一块一块稳定的三角形结构体系。当超过2跨结构时，应采用钢管脚手架进行临时固定，确保铝合金杆件节点处的螺栓不会因受力过大而导致结构失稳。

每一单元调整到位后，可使用专用工具用螺栓将构件与连接板进行固定，以此类推，直至两端向中间合拢完成[5,6]。

铝合金杆件在安装过程中应不断复核安装偏差，及时消除安装偏差，保证外形尺寸，观感柔顺。如图1、图2所示。

图1 铝合金杆件平面大样示意

图2 铝合金网架节点连接现场

杆件安装时采用气动铆钉枪将螺栓紧固，确保铝合金杆件固定牢固，受力均匀。

由于采用工厂加工施工现场单个杆件拼装的方案，杆件从工地仓库运至施工现场至空中安装点时，需采用汽车吊将杆件吊至空中施工平台，再由人工搬运至安装点进行拼装，局部汽车无法到达的地方，将采用人工搬运的方法，直接将杆件搬运至指定地点。

在铝合金构件的安装过程中，相关施工人员应穿软底鞋，且不得使用尖锐物品，以免对铝合金外表面造成损伤或划痕。

南站铝合金网架结构安装完毕后再进行侧封板的安装，北站则在铝合金结构部分安装后进行铝合金百叶的安装（图3、图4）。

图3 南站安装实景

图4 北站安装实景

2.5 现场施工质量控制措施

1）铝合金杆件、节点板不得在现场重新制作。

2）安装过程中不得强制就位，严禁在现场安装时扩孔，应确保螺栓自然安装就位。

3）安装单元应形成空间稳定体系，随时进行校正与临时固定，减少累计误差。

4）铝合金材料不得与普通钢结构直接接触，需采用不锈钢或涂料进行隔离。

5）铝合金网壳结构安装时要注意气温和风力的影响，应与设计要求相符。

6）测定支座节点的位置，控制支座的偏差。拼装前应精确放线，其容许偏差为直径的1/10 000，并不得大于3 mm，应采取措施排除自然环境对测量精度的影响。拼装过程中应随时检查基准轴线的位置、标高和垂直偏差，及时纠正。总拼装完成后应检查网壳曲面形状的安装误差，其最大允许误差应不大于直径d的1/3 500或d±35 mm。确认安装偏差符合要求后方可拆除安装支架。

7）安装时应对照图纸确认杆件、节点板的类型、规格正确无误、确认锁紧螺栓的类型和数量无误，使用Huck气压拉铆螺栓，检查螺栓尾部是否全部脱落，确认锁扣可靠。

8）构件安装过程中，均应对每道工序进行检查验收，未经验收合格，不得进入下道工序施工。对安装过程中的节点定位、安装偏差、支座偏移及纠正情况均应如实记录[7,8]。

3 铝合金工程与传统钢结构工程的比较

1）以单层铝合金网架为主体结构，自重轻。铝合金结构用量约为18 kg/m2，耗材量大概是钢结构的1/2～1/3，大大减轻了下部结构的荷载，节约自身材料的同时，大大节省了下部结构的材料，整个项目造价明显下降。单一从结构造价上看，在此工程上铝合金结构比钢结构低约10%。因采用铝合金结构，自重轻，下部结构可节省5%～8%造价。而且减少了日后维护费用，因此综合价格比钢结构低约20%。同时铝合金型材在再生利用率上比钢材高出30%。

2）施工均只采用人工高空散装，场地条件无要求。在铝合金网架的安装过程中，几乎可以不用任何机械设备，现场全部采用螺栓连接，无现场焊接，施工环节单一，大大降低了施工管理及质量控制难度。施工中除了操作的简易脚手架和为了加快施工进度所用的构件垂直运输的汽车吊外，均为人工操作，对道路场地要求也非常低，场地条件无要求，在网架施工的同时，外总体也可以穿插进行，施工工期可以大大提前。该方法安装工期与传统钢结构安装工期相比可节约60%。

3）铝合金结构只需在四周适当位置设立支撑，减少了屋面施工中的大量支撑，同时大大增加了建筑美观度。凭借周围支座和自身强度，加上自重轻的特点，使得铝合金在建筑大跨度结构中无需大量支撑，甚至在适当的跨度中无需支撑，使得建筑呈现出更美观的空间形态，使用功能也大大提高。