大空间异型弧面铝板装配式施工技术的应用研究

2024-02-27唐海生张锦希

中国建筑装饰装修 2024年2期

邓超胡进唐海生覃毅张锦希

近年来，随着建筑行业对创新和高效施工技术的不断追求，大空间异型弧面铝板装配式施工技术逐渐受到行业的关注[1]。该技术不仅可满足建筑设计对异型弧面铝板的装饰要求，且能提高施工效率、降低成本，还为建筑外观呈现出独特的美学效果[2-3]。本文探讨大空间异型弧面铝板装配式施工技术在实际工程中的应用，深入研究施工过程中的关键技术要点和安装方法，分析造型铝板、基层钢架、单元体拆分和吊装以及连接缝处置等关键环节，以期为该领域的从业者提供一种更加高效、可靠的施工方案，以应对复杂建筑外观的需求。

1 工程概况

某项目占地面积 51687.93 m2，总建筑面积165044.5 m2，采用大悬挑屋面内置结构，正在进行铝板幕墙装饰工程施工。该项目屋面采用混凝土、钢筋、钢架和铝板等，屋面的东西向长度为68.45 m，南北向长度为35.3 m。曲面的最大高差为0.85 m，最大悬挑长度为4.35 m，施工高度为15.15 m。项目的总用钢量为60 t。铝板幕墙装饰工程共计使用2981 块铝板，铝板的总表面积为1538 m2。屋面结构和铝板幕墙装饰工程的施工，需要充分考虑设计要求、结构稳定性、装饰效果等，同时要确保工程的质量和安全性。

2 施工要点

2.1 造型铝板施工

在大空间异型弧面铝板项目中，造型铝板的设计应考虑建筑整体风格、弧面要求以及装配式施工的特殊性。通过采用先进的三维建模和仿真技术，确保造型铝板的形状和尺寸符合设计要求，并与建筑结构协调一致[4]。在制造过程中，采用数控切割、折弯、焊接等工艺，确保铝板的尺寸精准度和表面质量。为保证造型铝板的美观度和耐候性，需要对其表面进行喷涂、阳极氧化或其他特殊处理[5]。在造型铝板的安装过程中，采用可调节的安装系统。可灵活适应异型弧面的变化，确保最终的施工效果符合设计标准。

2.2 基层钢架施工

基层钢架的结构设计应考虑异型弧面的形状和承载要求。基层钢架的几何形状函数：

式中：D为弯曲刚度；q(x，y)为施加在基层钢架上的荷载分布；f为钢架或其他结构在受力后的变形；∂2f/∂x2和∂2f/∂y2为位移沿x方向和y方向的曲率或变化率。

通过数值模拟和优化算法，可以得到满足设计要求的基层钢架结构。根据结构设计参数，利用数控切割技术对钢板进行精确切割，采用先进的焊接工艺，确保焊缝牢固、无裂缝。在加工过程中，需要进行成型和校正，以保证基层钢架的几何形状符合设计要求。在预制阶段，组装各个构件，并进行整体结构的校正和调试。通过使用激光测量等先进技术，检查基层钢架的几何参数和连接点的精度，确保预制的基层钢架符合施工要求[6]。

2.3 单元体拆分和吊装

单元体拆分是指将整体的异型弧面铝板组件划分成大小合适的单元，便于后续的吊装和安装。在拆分过程中，需考虑构件的结构特点、材料性质以及运输和吊装的便利性，采用先进的数值模拟和仿真技术，精确分析单元体的拆分方案，确保拆分后的每个单元体能够保持结构的完整性和稳定性[7]。在吊装过程中，根据工程实际情况以及单元体的质量、形状和尺寸，选择适当的吊装设备，确定合理的吊装点，规划流畅的吊装顺序，最大限度减少吊装过程中的风险。通过实时监测吊装过程中的各项参数，能够及时发现问题并进行调整，确保吊装过程平稳进行。

2.4 连接缝处理

对于连接缝的填缝材料的选择，直接关系到装配件的密封性和外观效果，常用的填缝胶参数如表1 所示。根据项目需求和设计要求，考虑填缝材料的耐候性、拉伸强度、断裂伸长率、密封性以及耐久性等参数，选择合适的填缝材料。为保障连接缝的密封性、耐久性和美观度，本项目选择高弹性硅酮填缝胶作为连接缝的填缝材料。

在处理连接缝前，要清理连接缝处的铝板表面和基层钢架，确保无灰尘、油污和杂物。使用适当的填缝工具，将填缝材料均匀填充到连接缝中，并保证无空隙和气泡。用填缝刮板或刮刀将填缝材料刮平，使其可与铝板表面平齐，并在填缝材料干燥前及时清理多余的材料，进行必要的修整和修补。

3 施工技术的应用

3.1 弹性定位

在大空间异型弧面铝板装配式施工技术中，采用弹性定位系统，通过灵活的调整和控制，使铝板能够适应不同形状和曲率的弧面结构，从而实现精准的装配和安装。弹性定位系统包括弹性定位装置和相应的控制系统，其中定位装置通常由可调节的支撑结构和压力传感器组成，主要用于控制铝板的位置和压力。

为了实现弹性定位，可使用如下函数描述铝板的弯曲形状和位置。

式中：Ai、Bi、Ci为了铝板在三个坐标方向x、y、z上的振幅大小，决定了铝板在各个方向上弯曲的程度；λi为第i个波形的波长；φ i、φi、θi分别为相位角，决定铝板在x，y，z方向上波形的初始相位。通过调整振幅和相位角的数值，可以控制铝板的弯曲形状和位置。

在实际施工中，根据设计要求和施工图纸，确定铝板的装配位置和顺序；根据弧面结构的形状和曲率，调整弹性定位装置的支撑结构和压力，使铝板能够适应并贴合弧面结构。在调整过程中，需要不断进行检测和调整，确保铝板的位置和压力满足要求。在整个装配过程中，需要对弹性定位进行实时监测和控制，通过压力传感器和其他监测设备，实时获取铝板的位置和压力信息，并将其反馈给控制系统。通过应用弹性定位系统，可以有效解决大空间异型弧面铝板装配过程中的形状调整和定位问题，提高装配效率和质量。

3.2 埋件安装

埋件通常由钢材或铝材制成，具有一定的强度和刚度。设计埋件时，需要考虑造型铝板与基层钢架的连接要求，并确保埋件的尺寸和形状与连接点相匹配[8]。在埋件拼装过程中，根据施工图纸和设计要求，采用先进的定位技术，如激光测量和三维模型匹配技术，以确保埋件准确定位，满足异型弧面铝板的复杂曲线要求，实现埋件的精确定位。预埋件的定位精度：埋件平面位置偏差为±10 mm，标高偏差为±10 mm。埋件固定可以采用高强度螺栓和膨胀螺栓等固定件，确保埋件与铝板之间的连接紧密可靠，同时考虑使用防松装置，以提高固定的持久性和安全性。

3.3 主干骨架安装

主干骨架在大空间异型弧面铝板中承担着支撑和稳定整体结构的作用。主干骨架通常由钢材或铝材制成，具有较高的强度和刚度。设计主干骨架时，需要考虑整体结构的受力和承载要求，确保主干骨架的尺寸和形状与其连接点相匹配。在主干骨架多点位安装过程中，通过采用先进的定位技术，可以实现主干骨架的精确定位，提高施工的准确性。

利用如下函数计算固定点位的位置坐标即：

式中：X0、Y0、Z0为主干骨架的起始位置；Li为第i个固定点与参考点在水平面上的距离；Hi为第i个固定相对于参考点在垂直方向上的高度差；θi为第i个固定点在水平面上相对于参考点的角度，通常以弧度计。

通过计算得到的固定点位坐标进行定位和标注，以指导主干骨架的安装。调整主干骨架，并将平均调整误差控制在±3 mm 以内，调整后需要使用螺栓、焊接或其他方式，将主干骨架固定在基层钢架上。固定过程中，需要确保主干骨架与基层钢架之间的连接紧固，并保持稳定和牢固。

3.4 单元铝板安装

在单元铝板安装中，为保证单元铝板的精准安装，可采用如下函数公式进行测量：

式中：Δx为测量误差百分比；Lmea为实际测量得到的数值；Lcon为设计要求的数值。

在定位吊装过程中，采用先进的技术和设备，确保单元铝板在安装过程中保持水平和垂直。根据设计要求和施工图纸，确定单元铝板的定位点，并在定位点上安装合适的定位装置，如定位销或定位螺栓。利用起重设备将单元铝板吊装到预定位置，并通过调整定位装置，使其与周围构件或基层钢架的定位点相吻合。单元铝板安装的最后一步为固定，根据设计要求和结构特点，选择适当的固定方式，如螺栓连接和焊接等。在固定过程中，使用测量工具检测单元铝板的位置和姿态，确保其符合设计要求，并采用合适的工具和设备进行固定，确保单元铝板与结构之间的连接牢固可靠。

3.5 单元钢桁架制作

单元钢桁架的制作直接影响结构的稳定性和负载能力。根据工程需求和设计图纸，采用计算机辅助设计和数值模拟分析，确定单元钢桁架的形状、尺寸和结构。利用数控切割技术，根据设计图纸精确切割各个部件。选择的钢材需要进行必要的防腐处理，以确保钢材在使用过程中能够抵御环境腐蚀和氧化。制作完成的各个部件，需要严格按照设计图纸进行组装，确保每个部件的位置和角度准确。连接方式可以是焊接或螺栓连接等。在组装过程中，要调整结构，保持结构的垂直度和水平度。在制作完成后，需要进行结构的静载试验，验证钢桁架的承载能力和稳定性。

4 施工效果分析

施工效果的高低差分析涉及每个单元铝板的位置和姿态的准确度，以及整体结构的平整度和美观度。通过使用高精度的测量工具对每个单元铝板的位置和姿态进行详细测量，获得实际数值。将实际测得的数据与设计要求进行比对，确定每个单元铝板的偏差情况，随机选取相邻的单元铝板进行分析。相邻的单元铝板之间的高低差计算公式为：

式中：ΔHi为相邻的单元铝板之间的高低差；Hi为第i个铝板单元的高度；Hi+1为第i+1 个铝板单元的高度；

描述高低差随着位置变化的函数表达式为：

式中：x为铝板的位置；m为斜率，代表高低差随着位置x的改变速率；b为斜距。

表2 为测试结果，由表2 可知铝板的高低差均在0.2 mm 以下，说明采用的幕墙装饰工程施工技术能够有效控制铝板的高低差，施工过程中的关联度较高，能够确保幕墙的稳定性和坚固性。