铝合金网壳施工关键技术研究

李赟

（中国建筑第八工程局有限公司总承包公司，上海 200240）

1 概述

近年来，铝合金网壳结构在工业厂房、体育馆、展览厅等建筑中大量应用。作为地壳中含量最高的金属元素，地下材料储存较为丰富。从材料性能上作为比较，钢材与铝合金均具备良好的延性；但是铝合金密度小，在相同条件下其力学性能随着温度降低，铝合金的伸长率和强度会得到适度增加，结构稳定性得到进一步提升[1]。

作为一种绿色环保型材料，铝合金材质轻的特点有利于其作为屋盖结构时，减少对下部支撑的作用压力。在户外环境中，其耐腐蚀性的特点能使得铝合金网壳广泛应用于例如展览馆、大型交通枢纽建筑。

本文以上海市浦东新区世博文化公园（雪野路以北）项目施工3 标段项目施工为背景，分析总结了典型的铝合金单层网壳施工及安装要点，并重点介绍其施工方法。在此基础上，为进一步拓宽铝合金应用领域提供思路，提出若干建议[2]。

图1 俄罗斯馆犀牛模型图

2 工程概况

本工程位于上海市浦东新区耀华地块Z000101 单元（黄浦江沿岸ES2 单元）。Z000101- 筑面积1273.14m2。其中俄罗斯馆位于项目中部区域。俄罗斯馆中庭主体平面投影呈正方形，横向3 轴～13 轴，纵向C 轴～N 轴，轴间距均为5000mm，整体建筑跨度横、纵向均为50m，整体造型呈均匀对称[3]。

俄罗斯馆铝合金屋顶网壳主要采用6061-T6 航空铝材，杆件截面为A 类杆件：HN400*180*8*10、B 类杆件：HN400*200*10*12、CX 类杆件：HN400*280*12*20，配合12 支钢杆件，材质Q345B，杆件截面D 类杆件：GH500*250*15*25、DX 类杆件：GH500*250*15*25a。网壳由相切于主体钢结构标高+14.650m 箱型梁上的钢支座牛腿支撑，牛腿截面与杆件截面相匹配。网壳顶部上覆铝板、采光玻璃及开启窗，外部含排水槽及包边铝板。

施工主要采用格构柱支撑体系（主要含格构柱基础转换梁、格构柱、走道梁及上部支撑网壳的小墩子）作支撑措施及操作平台。相关构件详细尺寸参见图2、3 所示。网壳安装采用地面分块中拼成单元体系，整体吊装的形式进行安装。

图2 俄罗斯馆犀牛模型图

图3 格构柱支撑体系剖面图

3 铝合金结构材料特性

从材料制作方法上，铝合金分为铸铝合金和锻铝合金两种类型。其中，铸铝合金是将液态状的铝置于专门模具内静置后成型；锻铝合金是针对未溶化的铝坯进行冷或热加工后成型。铝元素和其它元素组成了铝合金材料，例如强度、延性、耐腐蚀性等材料特性全部由内部组成的铝元素和其它元素所占含量所决定，不同材料组成决定着最终建筑结构表现出来的性能。

铝合金网壳整体结构均由标准化构配件组成。构件在工厂预制完成后，现场采用装配式安装，整个过程快捷、方便。经图纸深化后，高精度、标准化的加工工艺可以有效减少现场误差，保证好建筑结构施工的精密化尺寸。

相同体积条件下，钢结构自重是铝合金结构自重的3 倍。在大跨度结构体系中，屋盖采用铝合金材料能极大减少上部结构对下部柱体的压力，且铝合金的抗压强度在同条件下更高。

因铝合金本身具有较强的耐腐蚀性，在一些潮湿、酸碱性环境中，不受影响，对于大型外露大跨度空间结构建筑非常适用[4]。

4 铝合金网壳施工工艺介绍

4.1 现场施工流程

根据现场建筑主体、场地工况及施工进度要求，我司拟采用格构柱- 走道梁支撑体系作施工操作平台，铝合金网壳分块整体吊装形式进行网壳安装，后配合临时支撑操作平台措施进行铝板、玻璃、开启窗、生命线及避雷、檐口水槽及铝板包边等构配件的安装[5]。

4.2 施工定位放线

施工前，应对建筑主体结构进行复测校核，确保后续施工安装顺利。

建筑主体结构测量主要为钢圈梁上部标高及对应牛腿处梁上及梁底内口坐标。

格构柱定位测量与钢圈梁点位测量方法一致，通过已知基准点及后视点，将格构柱节点模型坐标进行放线定位，需要放线的点位为格构柱支撑点中心坐标、格构柱基础转换梁的端点坐标。以便后续进行格构柱构配件的安装定位。

4.3 应用效果

根据现场施工工况及工期需求，我司拟采用格构柱支撑体系作整体施工操作措施平台。

格构柱上部水平、竖直间两两设置走道梁，走道梁搭接在格构柱上部端头焊接连接，部分走道梁搭接焊接在主体结构周围钢圈梁上。格构柱基础转换梁的布置主要为将格构柱上部荷载及格构柱自重荷载传导到下部梁及柱上，以保护主体结构二层楼板。（图4）

图4 格构柱支撑体系剖面图

4.4 铝合金网壳安装

根据铝合金网壳特点，我司拟将铝合金网壳划分为25 个单元分区，采用地面拼装的形式将杆件在地面拼装成具备单元刚度的整体，整体吊装就位，单元分区图如图5 所示。

图5 铝合金网壳分区布置图

为方便施工，拟有限拼装1 号分区，并整体吊装，并将1 区牛腿焊接在主体新增钢梁上，使1 区固定稳固，后地面拼装并吊装2 号至5 号区域（其中3 号区域分成四小块分别拼装吊装），将5 号区域牛腿焊接固定在主体新增钢梁上。由1 区至5 区安装固定后，形成定位桥，可使桥两侧区域地面拼装整体吊装（两侧优先顺序相同，以场地条件为主导），在确保安装定位准确的基础上，加快施工进度，保证了施工质量。

铝合金网壳分块整体吊装为俄罗斯馆整体网壳施工的重难点。影响施工的主要因素为现场场地狭小，且受裙楼、维护墙体制约，网壳采用分块整体吊装。（图6）

图6 格构柱支撑体系剖面图

4.5 网壳附属结构的安装

铝合金网壳附属结构主要包含固定玻璃及开启窗、铝面板（含保温层）、不锈钢避雷网、304 成品吊挂圆环（清洁用）、外部环梁水槽及包边装饰板。附属结构的安装施工应在铝合金网壳安装完毕后进行，此时具备附属结构的安装施工条件，同时荷载较为稳定，对主体钢圈梁结构影响较小，能够保证施工质量及施工效率。

4.6 格构柱措施体系拆除

格构柱支撑措施体系拆除依照先附属，再主体的拆除原则进行。拆除前应对所有施工面进行检查，排除所有工具、零部件、杂物等。

格构柱措施体系拆除流程：

措施清理→走道梁拆除→走道梁支撑、格构柱附着撑杆拆除→小墩子拆除→格构柱拆除→格构柱基础转换梁拆除。

走道梁拆除后，可进行支撑走道梁的双拼槽钢拆除、附着撑杆拆除及格构柱拆除。以上工况均可由汽车吊直接拆除。

割除作业采用气割切割，切割前应对拆除构件进行吊装固定，固定后进行切割作业，防止切割后构件直接掉落发生安全隐患。依次方式，双拼槽钢及附着撑杆均可直接拆除吊至地面，并转运出场。（图7-8）

图7 走道梁拆除图例

5 结论

铝合金网壳屋盖在国内外得到大量应用，半个多世纪以来，作为大跨度空间的一种独特形式，得到快速发展[6]。

图8 格构柱拆除图例

本文首先介绍铝合金网壳屋盖工程概况及材料性能，以俄罗斯馆中的铝合金屋盖施工工艺作为重点研究对象。分析探索其每一步的施工工序，总结施工经验及流程。通过工程实例来阐述铝合金网壳作为结构体系屋盖时，分析网壳结构在施工过程中特点，为铝合金结构的应用提供参考[7]。