孫曉陽，于健偉，邊 輝，舒 松，湯 敏

(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

江蘇園博園麗笙酒店項目位于城市精品展園區(qū)，通過鋼、索、木的綜合運用形成了多曲面、大跨度、大懸挑的復雜建筑造型，是國內(nèi)規(guī)模最大、最復雜的現(xiàn)代膠合木結(jié)構(gòu)(見圖1)。結(jié)構(gòu)形式為鋼框架+索結(jié)構(gòu)+木結(jié)構(gòu)屋面，其中屋面主要木材為膠合木，為國內(nèi)最大的膠合木屋面?？偨ㄖ娣e約3.5萬m2，北樓地下1層，地上3層；南樓地上4層,建筑高度18m，其中頂層高度4.5m，吊頂設(shè)計凈高度2.7m。屋面工程難點包括弧形鋼梁跨度大、曲率變化復雜、精度要求高，曲面膠合木工藝復雜，制作、安裝難度大；大跨拉索曲面造型找形難，屋面與墻板及吊頂構(gòu)造復雜；雙曲鋼梁木飾面包覆難度大。施工中，通過研發(fā)與攻關(guān)，形成了復雜多曲面現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)屋面系統(tǒng)施工技術(shù)，并在工程中得到成功應用，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。

2 關(guān)鍵技術(shù)

1)采用三維仿真建模、分段整體放樣、工廠數(shù)控加工技術(shù)，實現(xiàn)復雜曲面鋼梁工廠化預制、現(xiàn)場裝配式施工，減少高空拼裝、焊接，提高了安裝精度和吊裝效率。

2)采用RHINO+GH參數(shù)化設(shè)計+TEKLA深化、機器臂切削打孔、分層拼壓制作等技術(shù)，實現(xiàn)了多曲面膠合木檁條工業(yè)化制作、智能化建造，提高了安裝效率。

3)采用木檁條端部設(shè)置配重鋼片構(gòu)造、木檁條與拉索夾具連接做法，解決拉索跨度大、木檁條自重小、屋面造型不穩(wěn)定問題，構(gòu)造及節(jié)點安裝快捷，提高了整體穩(wěn)定性，保證了屋面造型質(zhì)量。

4)采用膠合木分層拼壓制作、分段拼裝技術(shù)，通過多段木構(gòu)疊加，螺栓及銷釘連接固定，解決了雙曲鋼梁木飾面包覆安裝難題，實現(xiàn)整體木飾面包覆效果。

5)采用鍍鋅鋼板與方鋼管轉(zhuǎn)換連接技術(shù)，減少了板材開槽、開洞，提高了節(jié)點區(qū)板材完整性和保溫隔熱性能，解決了復雜曲面梁與輕質(zhì)墻板、吊頂構(gòu)造難題。

6)屋面木檁條大量采用高強質(zhì)量比膠合木，不僅提高了木材利用率、節(jié)約木材，而且可降解，綠色環(huán)保。

3 施工工藝

3.1 曲面鋼梁BIM三維建模設(shè)計、分段制作

采用TEKLA三維建模和立體坐標系出圖(見圖2)，為工廠制作及現(xiàn)場安裝提供數(shù)據(jù)支持。對跨度大、截面復雜、高空拼裝難的多曲面鋼梁進行分段，通過分段整體放樣胎架的方法，完成工廠預制，如圖3所示。

圖2 三維模型

圖3 分段整體放樣胎架制作法

3.2 曲面梁胎架支撐高空拼裝

現(xiàn)場采用胎架支撐高空拼裝，整體結(jié)構(gòu)空間曲度變化較大，通過全站儀對空中控制點進行定位。立體胎架與構(gòu)件同步施工，且汽車式起重機交叉配合施工作業(yè)，保證安裝精度，如圖4所示。

圖4 胎架支撐高空拼裝定位

3.3 膠合木分層拼壓制作分段安裝

1)采用RHINO-GH-TEKLA設(shè)計、深化，前端對接建筑師方案模型，后端對接工廠制造構(gòu)件，通過參數(shù)化軟件Grasshopper 將三維模型構(gòu)件轉(zhuǎn)化為二維加工圖，減少重復工作。

2)通過參數(shù)化編程生成木構(gòu)件加工程序，控制機械臂切割、打孔、銑削、開槽等一系列動作，取代人工讀圖和放線的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程，提高加工效率和準確性。

3)膠合木檁條采用曲線造型，分段多，連接節(jié)點復雜，安裝數(shù)量大。為方便施工，采用鋼板過渡的連接節(jié)點構(gòu)造，將木梁與鋼梁鉸接連接。節(jié)點區(qū)打孔開槽均由工廠機器人預制完成。

4)吊裝檁條前，預先采用雙頭螺栓安裝好角鋼連接件，采用兩點起吊方式吊至鋼梁，按編號依次安裝，定位好后先點焊兩端連接件，無偏差后整體滿焊。木檁條吊裝與連接構(gòu)造如圖5所示。

圖5 木檁條吊裝與連接構(gòu)造

3.4 曲面屋面木檁條及索結(jié)構(gòu)安裝

1)曲面屋面木檁條在索結(jié)構(gòu)處，一端固定在鋼梁上，一端與索結(jié)構(gòu)連接。拉索未張拉前采用滿堂腳手架作為木檁條端部臨時支撐，腳手架設(shè)計尺寸及構(gòu)造應符合規(guī)范要求，單點受力荷載應小于腳手架立柱承載力。

2)木檁條與拉索連接，通過索夾扣住拉索，木檁條初步定位后，索夾與木梁預裝鋼板焊接固定。木檁條與拉索連接節(jié)點如圖6所示。

圖6 木檁條與拉索連接節(jié)點

3)膠合木檁條自重小，拉索張拉后曲面造型易受擾動，通過設(shè)置鋼片配重，提高屋面整體穩(wěn)定性，調(diào)整多曲面屋面造型。木檁條端部配重構(gòu)造如圖7所示。

圖7 木檁條端部配重構(gòu)造

4)索夾將木檁條與索可靠連接后，通過液壓千斤頂定量張拉完成索結(jié)構(gòu)張拉承載。由設(shè)計提供恒荷載、活荷載、風荷載及預應力等工況下拉索內(nèi)力和木檁條變形理論值推算出油壓表值作為張拉控制參數(shù)。現(xiàn)場按照油壓表讀數(shù)精確控制張拉力，按設(shè)計要求逐級加載。

5)拉索張拉過程中及張拉結(jié)束后，通過多個控制點實時檢測木檁條位移值，確保張拉過程安全可控。屋面監(jiān)測整體穩(wěn)定后，逐步拆除腳手架。鋼絞線拉索如圖8所示。

圖8 鋼絞線拉索

3.5 雙曲鋼梁木飾面分層拼壓，分段疊加安裝

1)膠合木飾條根據(jù)曲線造型分段，由30mm厚或其他標準板厚膠合木拼壓制作而成，端部打孔開槽均由工廠機器人完成。

2)鍍鋅鋼管作為支撐龍骨與多曲面鋼柱進行焊接，膠合木飾條采用自攻螺釘連接固定在龍骨上，通過多段木構(gòu)疊加，達到整體木飾面包覆的建筑效果。雙曲鋼梁木飾面安裝節(jié)點構(gòu)造如圖9所示。

圖9 雙曲鋼梁木飾面安裝節(jié)點構(gòu)造

3.6 屋面與ALC板及吊頂連接

1)曲面膠合木結(jié)構(gòu)中，因屋面梁底弧度和曲率皆不同，導致ALC板及裝飾吊頂轉(zhuǎn)換層標高變化復雜。通過設(shè)計平面鋼管桁架轉(zhuǎn)換層，將吊頂龍骨由連接于木結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換至同一標高轉(zhuǎn)換層。膠合木結(jié)構(gòu)吊頂轉(zhuǎn)換層連接構(gòu)造如圖10所示。

圖10 膠合木結(jié)構(gòu)吊頂轉(zhuǎn)換層連接構(gòu)造

2)吊頂轉(zhuǎn)換層通過ALC板頂部連接構(gòu)造形成整體，上部連接構(gòu)造采用鍍鋅鐵板、鍍鋅方鋼、U形鍍鋅鐵板卡口組成的連接構(gòu)造焊接固定。

3.7 OSB板面板及防水卷材安裝

1)第1層OSB板安裝。OSB板安裝采用麻花釘固定在木檁條上。

2)屋面格柵垂直于屋面OSB板安裝，采用鋼釘固定,格柵安裝完成后，在格柵內(nèi)鋪設(shè)保溫巖棉，采用雙面膠帶和夾具固定。

3)第2層OSB板同第1層OSB板安裝。

4)第1道改性瀝青防水卷材采用熱熔施工法鋪貼，鋪貼前清理基層，防腐木順水條沿屋面縱向采用水泥鋼釘固定，2排順水條間距及固定鋼釘間距應符合設(shè)計要求。

5)順水條鋪設(shè)完成后，鋪設(shè)第2道改性瀝青防水卷材。工藝同第1道防水卷材。

3.8 防腐木掛瓦條及頁巖瓦安裝

1)防腐木掛瓦條安裝。安裝掛瓦條時，應采用水泥鋼釘固定在順水條上，掛瓦條與每根順水條相交處采用鋼釘固定。掛瓦條應安裝平整、牢固，接頭應對齊成直線，上、下排之間要錯開。

2)屋面頁巖瓦安裝。從屋檐右下角開始鋪設(shè)頁巖瓦，自右向左排列，至鋪滿第1排，注意左右兩端瓦片位置，必須安裝在瓦楞突起部位，否則應重新排列瓦片。鋪設(shè)第2排瓦片時，將瓦片與第1排瓦片交錯搭接，使整個屋面更牢固，防水更有效。

3)利用鍍鋅鋼釘或鍍鋅鐵絲將瓦片固定在掛瓦條上。從邊緣至屋脊，每10片瓦片的距離固定1次，保證瓦片邊緣連接成1條直線。

3.9 清理檢查

拆除腳手架前，對有污染、破損的屋面表面進行清理，對破損的頁巖瓦、脫落的螺栓等及時清理更換。拆架時，應注意安全和成品保護，不得隨意踩踏頁巖瓦，避免再次損壞。

4 質(zhì)量控制要點

1)材料和設(shè)備進場時，必須嚴格把好材料驗收關(guān)。驗收各類進場材料品牌、型號、規(guī)格、色澤、質(zhì)量和數(shù)量。

2)特殊工種上崗人員，必須持證上崗，持證應真實有效，并檢驗審定。

3)為確保分段拼裝的曲面鋼梁與屋面結(jié)構(gòu)連接可靠，應嚴格按圖施工。

4)焊接時應選用合理的焊接順序，減少焊接應力和變形。焊接工藝應符合GB 50661—2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》規(guī)定，并經(jīng)評定、試焊后確定。

5)木檁條安裝過程中，應采取適當?shù)倪\輸和施工機具，避免構(gòu)件損壞。

6)索結(jié)構(gòu)張拉施工應注意變形監(jiān)測，嚴格按張拉控制方案執(zhí)行，在拉索屋面監(jiān)測穩(wěn)定后再逐步拆除腳手架。

7)輕質(zhì)墻板、屋面板安裝完畢后，應注意成品保護，嚴禁撞擊與磕碰，不得靠近所有可能損壞板材的危險器物。

8)利用液化氣或汽油噴燈加熱基層和卷材底面，應注意調(diào)節(jié)火焰大小，熔化卷材表面瀝青。

9)頁巖瓦應按順序鋪設(shè)，瓦面應平整、無縫隙，瓦片邊緣應成線對齊。脊瓦應搭接正確，間距均勻，封固嚴密。

10)吊頂轉(zhuǎn)換層方鋼管轉(zhuǎn)換連接節(jié)點應焊接牢固、安全可靠，現(xiàn)場焊接后應做防火、防銹處理。

5 結(jié)語

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑通過工業(yè)化、標準化工藝制作、安裝及林木產(chǎn)業(yè)良性循環(huán)，發(fā)揮了木材低碳環(huán)保優(yōu)勢，避開了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)原材供應有限、質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點，又可結(jié)合鋼、混凝土等高強度材料，滿足現(xiàn)代建筑不斷增加的高度、跨度和造型需求，同時提供舒適耐久、節(jié)能保溫、結(jié)構(gòu)安全的高品質(zhì)建筑產(chǎn)品，具有廣泛的發(fā)展應用前景。