大型复杂椭圆形铝合金网壳结构施工监控技术

宋建华

（上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

大型复杂椭圆形铝合金网壳结构施工监控技术

宋建华

（上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

上海辰山植物园东北块展览温室工程是由A、B、C三座异型空间曲面的展览温室组成，结构为三向网格划分的铝合金空间网壳，其结构设计、支座形式及结构连接都有别于通常意义上的铝合金格构结构，对空间定位、桁架杆件安装、节点板制作与安装等的施工监控要求高。着重介绍了该工程施工质量监控技术，可供类似工程项目的施工监控人员借鉴参考。

网壳结构；铝合金；异形曲面；施工监控技术

1 工程概况

作为上海市“十一五”规划中生态建设的重要项目，上海辰山植物园项目地处上海市松江新城北侧、佘山西南，东起佘山中心河，西至千新公路，北达沈砖公路(辰山塘以西)，南楼佘天昆公路；展览温室位于辰山植物园东北块；是集植物学、建筑学、建筑环境工程、美学、生态学为一体的综合性新建大型市政公共建筑项目。

本工程效果图如图 1 和图 2 所示。

三座异型空间曲面的 A、B、C 展览温室建筑，为三向网格划分的铝合金空间网壳，网壳结构与夹层钢化超白片玻璃面板的组合。

图1 温室平面布置图

图2 C区外观图

A、B、C 三个独立展览温室空间尺寸分别为：长 204 m、147 m、111 m，宽 3.35 m～34 m、4.43 m～40m、3.75 m ～34 m，高 21 m、19 m、16 m，网壳表面积分别为：9 806 m2、6 608 m2、4 902 m2，各区长、宽均较大，放眼国内外的相似建筑项目，如此大尺寸的网壳结构的应用尚属首例。

本工程网壳结构体系是由铝合金桁架、板式节点板+不锈钢或阳极氧化铝紧固件铆接的支撑体系组成。该网壳结构材料总重约 618 t，主体桁架及节点板共 7 893 件，支座 329 只；结构桁架杆件、板式节点选用的材料为 6061-T6 型铝；紧固件材料为 300 系不锈钢或 7075-T73 阳极氧化铝；密封材料选用TS-2000 硅酮密封胶、结构胶选用 TS-6000 硅酮结构胶。

2 工程重点监控技术分析

由于上海辰山植物园东北块 A、B、C 展览温室的建筑结构独特，结构设计、支座形式及结构连接都有别于通常意义上的铝合金格构结构，即上海市工程建设规范 DGJ 08—95—2001《铝合金格构结构技术规程》不能全面覆盖。这对本工程施工监控技术提出了实施难点：(1)椭圆形球体桁架支座预埋件测量定位难度大，埋设精度要求高；(2)网壳结构散件组装及总拼装合拢难度大；(3)构件及节点板的制作和安装精度要求高，施工难度大；(4)夹层钢化超白玻璃面板拼缝的防水施工质量监控难度大；(5)需结合本工程实际，制定相应的施工技术规程以及质量验收标准。

3 材料监控

(1)网壳结构选用 6061-T6 铝合金，它的用途广泛，在航天电器固定装置、自动化、机械零配件制造中广为使用，其加工性能、焊接、电镀和抗腐蚀性能极佳。该材料具有致密、易于抛光、上色膜等优良性，其理化指标和化学成份均应符合现行国家标准的规定工程中加工及采购产品均要求提供产品合格证及原材料质保书。现场按产品(成品)方式验收：要求铝合金杆件、节点板的表面应清洁，不允许有裂纹、起皮、腐蚀和气泡存在。材料应采取单独存放，与其他不同材质的材料应有隔离措施。铝合金杆件和节点板加工制作时，在保证外形几何尺寸及外观质量不被破坏的前提下，可采取有效措施予以冷矫正，冷矫正后构件表面不应有明显凹面及划痕损伤。

(2)网壳结构中所使用的紧固连接件的材料规格、抗拉强度、加工精度、外观质量均符合设计要求和相关产品标准的规定。外观质量复验时，按同规格、同性能等级、同材料牌号、同工艺处理要求的 10 000 件作为一批，每批抽样检查数量为 2%。如有不合格，则加倍取样检验；如又有不合格，则该批产品全部调换。

4 施工监控技术

(1)节点板加工质量监控。节点板的加工精度是保证拼装建筑整体效果的关键点、是体现节点板在网壳建筑造型整体拼装的重要作用(节点作用示意图如图 3)；根据深化设计图纸对节点板需满足的曲拱网壳外形要求，对节点板平面折角的微小差异、曲线变化进行精加工处理，对节点板表面各连接螺孔的平面角度的分配精度，各孔垂直角度，使用高精度数控加工设备进行加工，运用 MAYA 和 MASTERCAM 专业软件编写相应程序，通过精确的点、钻孔平面加工、倒角打磨、擦拭干净，再进行外形折角和同步单件验收，同时在每一节点板标明安装钢印编号，确保安装对号拼装无差错。

图3 节点作用示意图

(2)环向椭圆形球体和扇形网壳测量放线质量监控及空间测量定位监控。平面监控网的布置按初测和精测两步进行，以结构体长轴为 X 轴，短轴为 Y 轴建立坐标、通过平移、旋转关系，将城市坐标转换为建筑坐标；初测确定主轴线的位置、采用极坐标法在现场标定各主轴线点、进行标石埋设。精测用全站仪架设 0 点，用方向法 6 测回精确定主轴线的正交角、距离采用对象观测 6 测回进行角度归化改正，改正值经反复修正直至角度误差小于规定值。二级监控网在首级监控网的基础上进行加密，测设各轴线监控桩，经复核无误后作为建筑平面监控网，并定期进行复核。高程监控点以现场基础挡墙侧面设复核水准路线，将高程引测到基础混凝土施工面上，并标明数据。以建筑坐标系中的三维空间坐标的相关数据为基础，进行测量监控，同时利用计算机对数据进行分析。

(3)预埋件埋设施工监控。预埋件安装位置的精度是保证网壳结构拼装是否能顺利连接的关键。为保证预埋件位置正确，首先是按初测和精测两步，以每个埋件中心点坐标为基准点，精确将相邻两个坐标系标识在专用套模上，再将桁架预埋地脚螺栓固定、监控预埋件安装位置。为防止地脚螺栓在混凝土浇捣时位移，采用一次浇筑成型方案。

(4)桁架、杆件安装误差施工监控。为监控桁架杆件安装偏差、消除拼装过程中的累计误差，施工中采用分段有桁架支座固定与桁架高空单体散装支座滑动施工方法，分预安装和正式安装两步进行施工。施工过程中，对每个温室长向分成三个自然施工段，在各施工段的中点支座测放中点线，立四榀桁架与支座预埋板点焊固定，然后对桁架杆件环向拼装，对呈抛物形状的杆件安装采用满堂钢管脚手架，由专用丝杆作临时斜撑固定，调节环向拼装。待四榀桁架预拼装合拢，造型符合建筑曲拱要求后，将四榀拼装桁架正式与支座预埋件电焊焊接牢固。待桁架形成空间及整体稳定后，拆除作为临时固定的专用丝杆，分别按网壳纵向两侧已安装好的四榀桁架同样作业法，采用高空单件散装法逐榀组装；拼装过程中及时复核调整施工误差，以确保每榀网壳节点固定牢固、受力均匀、建筑外形正确。三个自然施工段各自拼装完成后，进行合拢及总装施工。总装连接时严格遵照设计对合拢温差的要求，采用双向微张拉技术措施，通过支座滑轮双向连接方向滑移合拢到位、同时将杆件与节点板连接顺利铆固。

(5)夹层钢化超白玻璃面板安装监控。三角形夹层钢化超白片玻璃面板的安装由温室建筑的顶部中间开始向四周由上而下进行。安装前对每块玻璃进行编号并逐块核对后进行安装。对夹层钢化超白玻璃面板安装质量监控除按常规监控要求和标准进行监控外，重点加强对玻璃面板安装前，入座边框内侧隔离胶条、泡沫条、金属夹扣等准备是否就绪的检查，以确保玻璃顺畅布放、位置正确；同时在玻璃面板拼缝打胶前，严格要求用丙酮或专用清洁剂对注胶部位的玻璃边缘、铝合金框边表面等擦拭干净，沿胶缝位置粘贴胶带纸带，以确保胶缝宽、厚正确，内实、外平光顺洁净，金属玻璃表面无污染。

5 工程质量验收

本温室工程是一结构体系复杂的建筑。结构构造独特、造型新颖、体量大、铝合金材料用于结构构架新、构造复杂、建筑形状不规则，节点板加工、铝合金杆件、玻璃组装质量、加工制作精度要求高，配合专业工种多(土建、电(气)动开启窗、电动窗帘、电气、给排水、暖通空调、智能化等设施安装及室内景观造型等)。根据本工程特点、难点及施工质量要求，结合上海市类似工程的经验，参照上海市《网壳结构技术规程》、《玻璃幕墙工程技术规范》、《建筑工程施工质量统一验收标准》等相关规程、规范、验收标准，同时借鉴美国泰康公司的企业标准，专项编制了《铝合金单层网壳结构施工质量专项验收标准》，并经专家审定，作为本工程的施工质量验收标准的补充。

6 结 语

本工程网壳结构采用椭圆形铝合金网壳+双层超白片夹层玻璃结构体系，跨度大、外形独特，工程技术含量高，施工难度大；本工程施工过程中，通过采取上述监控措施，在施工过程中未发生明显的质量问题，顺利通过竣工验收。该工程运行至今已 5 a 有余，网壳结构未发现有异常情况，运行正常，展示效果较好。本文所采取的施工监控措施，可供类似项目的施工质量监控借鉴参考。

通信地址：上海市宛平南路75号1号楼501室。

TU712

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