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鋁合金網(wǎng)殼施工關(guān)鍵技術(shù)研究

2022-04-19 09:19李赟
科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年12期
關(guān)鍵詞:桿件支撐體系吊裝

李赟

(中國建筑第八工程局有限公司總承包公司,上海 200240)

1 概述

近年來,鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、體育館、展覽廳等建筑中大量應(yīng)用。作為地殼中含量最高的金屬元素,地下材料儲存較為豐富。從材料性能上作為比較,鋼材與鋁合金均具備良好的延性;但是鋁合金密度小,在相同條件下其力學(xué)性能隨著溫度降低,鋁合金的伸長率和強度會得到適度增加,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到進一步提升[1]。

作為一種綠色環(huán)保型材料,鋁合金材質(zhì)輕的特點有利于其作為屋蓋結(jié)構(gòu)時,減少對下部支撐的作用壓力。在戶外環(huán)境中,其耐腐蝕性的特點能使得鋁合金網(wǎng)殼廣泛應(yīng)用于例如展覽館、大型交通樞紐建筑。

本文以上海市浦東新區(qū)世博文化公園(雪野路以北)項目施工3 標(biāo)段項目施工為背景,分析總結(jié)了典型的鋁合金單層網(wǎng)殼施工及安裝要點,并重點介紹其施工方法。在此基礎(chǔ)上,為進一步拓寬鋁合金應(yīng)用領(lǐng)域提供思路,提出若干建議[2]。

圖1 俄羅斯館犀牛模型圖

2 工程概況

本工程位于上海市浦東新區(qū)耀華地塊Z000101 單元(黃浦江沿岸ES2 單元)。Z000101- 筑面積1273.14m2。其中俄羅斯館位于項目中部區(qū)域。俄羅斯館中庭主體平面投影呈正方形,橫向3 軸~13 軸,縱向C 軸~N 軸,軸間距均為5000mm,整體建筑跨度橫、縱向均為50m,整體造型呈均勻?qū)ΨQ[3]。

俄羅斯館鋁合金屋頂網(wǎng)殼主要采用6061-T6 航空鋁材,桿件截面為A 類桿件:HN400*180*8*10、B 類桿件:HN400*200*10*12、CX 類桿件:HN400*280*12*20,配合12 支鋼桿件,材質(zhì)Q345B,桿件截面D 類桿件:GH500*250*15*25、DX 類桿件:GH500*250*15*25a。網(wǎng)殼由相切于主體鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)高+14.650m 箱型梁上的鋼支座牛腿支撐,牛腿截面與桿件截面相匹配。網(wǎng)殼頂部上覆鋁板、采光玻璃及開啟窗,外部含排水槽及包邊鋁板。

施工主要采用格構(gòu)柱支撐體系(主要含格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁、格構(gòu)柱、走道梁及上部支撐網(wǎng)殼的小墩子)作支撐措施及操作平臺。相關(guān)構(gòu)件詳細(xì)尺寸參見圖2、3 所示。網(wǎng)殼安裝采用地面分塊中拼成單元體系,整體吊裝的形式進行安裝。

圖2 俄羅斯館犀牛模型圖

圖3 格構(gòu)柱支撐體系剖面圖

3 鋁合金結(jié)構(gòu)材料特性

從材料制作方法上,鋁合金分為鑄鋁合金和鍛鋁合金兩種類型。其中,鑄鋁合金是將液態(tài)狀的鋁置于專門模具內(nèi)靜置后成型;鍛鋁合金是針對未溶化的鋁坯進行冷或熱加工后成型。鋁元素和其它元素組成了鋁合金材料,例如強度、延性、耐腐蝕性等材料特性全部由內(nèi)部組成的鋁元素和其它元素所占含量所決定,不同材料組成決定著最終建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來的性能。

鋁合金網(wǎng)殼整體結(jié)構(gòu)均由標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)配件組成。構(gòu)件在工廠預(yù)制完成后,現(xiàn)場采用裝配式安裝,整個過程快捷、方便。經(jīng)圖紙深化后,高精度、標(biāo)準(zhǔn)化的加工工藝可以有效減少現(xiàn)場誤差,保證好建筑結(jié)構(gòu)施工的精密化尺寸。

相同體積條件下,鋼結(jié)構(gòu)自重是鋁合金結(jié)構(gòu)自重的3 倍。在大跨度結(jié)構(gòu)體系中,屋蓋采用鋁合金材料能極大減少上部結(jié)構(gòu)對下部柱體的壓力,且鋁合金的抗壓強度在同條件下更高。

因鋁合金本身具有較強的耐腐蝕性,在一些潮濕、酸堿性環(huán)境中,不受影響,對于大型外露大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑非常適用[4]。

4 鋁合金網(wǎng)殼施工工藝介紹

4.1 現(xiàn)場施工流程

根據(jù)現(xiàn)場建筑主體、場地工況及施工進度要求,我司擬采用格構(gòu)柱- 走道梁支撐體系作施工操作平臺,鋁合金網(wǎng)殼分塊整體吊裝形式進行網(wǎng)殼安裝,后配合臨時支撐操作平臺措施進行鋁板、玻璃、開啟窗、生命線及避雷、檐口水槽及鋁板包邊等構(gòu)配件的安裝[5]。

4.2 施工定位放線

施工前,應(yīng)對建筑主體結(jié)構(gòu)進行復(fù)測校核,確保后續(xù)施工安裝順利。

建筑主體結(jié)構(gòu)測量主要為鋼圈梁上部標(biāo)高及對應(yīng)牛腿處梁上及梁底內(nèi)口坐標(biāo)。

格構(gòu)柱定位測量與鋼圈梁點位測量方法一致,通過已知基準(zhǔn)點及后視點,將格構(gòu)柱節(jié)點模型坐標(biāo)進行放線定位,需要放線的點位為格構(gòu)柱支撐點中心坐標(biāo)、格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁的端點坐標(biāo)。以便后續(xù)進行格構(gòu)柱構(gòu)配件的安裝定位。

4.3 應(yīng)用效果

根據(jù)現(xiàn)場施工工況及工期需求,我司擬采用格構(gòu)柱支撐體系作整體施工操作措施平臺。

格構(gòu)柱上部水平、豎直間兩兩設(shè)置走道梁,走道梁搭接在格構(gòu)柱上部端頭焊接連接,部分走道梁搭接焊接在主體結(jié)構(gòu)周圍鋼圈梁上。格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁的布置主要為將格構(gòu)柱上部荷載及格構(gòu)柱自重荷載傳導(dǎo)到下部梁及柱上,以保護主體結(jié)構(gòu)二層樓板。(圖4)

圖4 格構(gòu)柱支撐體系剖面圖

4.4 鋁合金網(wǎng)殼安裝

根據(jù)鋁合金網(wǎng)殼特點,我司擬將鋁合金網(wǎng)殼劃分為25 個單元分區(qū),采用地面拼裝的形式將桿件在地面拼裝成具備單元剛度的整體,整體吊裝就位,單元分區(qū)圖如圖5 所示。

圖5 鋁合金網(wǎng)殼分區(qū)布置圖

為方便施工,擬有限拼裝1 號分區(qū),并整體吊裝,并將1 區(qū)牛腿焊接在主體新增鋼梁上,使1 區(qū)固定穩(wěn)固,后地面拼裝并吊裝2 號至5 號區(qū)域(其中3 號區(qū)域分成四小塊分別拼裝吊裝),將5 號區(qū)域牛腿焊接固定在主體新增鋼梁上。由1 區(qū)至5 區(qū)安裝固定后,形成定位橋,可使橋兩側(cè)區(qū)域地面拼裝整體吊裝(兩側(cè)優(yōu)先順序相同,以場地條件為主導(dǎo)),在確保安裝定位準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,加快施工進度,保證了施工質(zhì)量。

鋁合金網(wǎng)殼分塊整體吊裝為俄羅斯館整體網(wǎng)殼施工的重難點。影響施工的主要因素為現(xiàn)場場地狹小,且受裙樓、維護墻體制約,網(wǎng)殼采用分塊整體吊裝。(圖6)

圖6 格構(gòu)柱支撐體系剖面圖

4.5 網(wǎng)殼附屬結(jié)構(gòu)的安裝

鋁合金網(wǎng)殼附屬結(jié)構(gòu)主要包含固定玻璃及開啟窗、鋁面板(含保溫層)、不銹鋼避雷網(wǎng)、304 成品吊掛圓環(huán)(清潔用)、外部環(huán)梁水槽及包邊裝飾板。附屬結(jié)構(gòu)的安裝施工應(yīng)在鋁合金網(wǎng)殼安裝完畢后進行,此時具備附屬結(jié)構(gòu)的安裝施工條件,同時荷載較為穩(wěn)定,對主體鋼圈梁結(jié)構(gòu)影響較小,能夠保證施工質(zhì)量及施工效率。

4.6 格構(gòu)柱措施體系拆除

格構(gòu)柱支撐措施體系拆除依照先附屬,再主體的拆除原則進行。拆除前應(yīng)對所有施工面進行檢查,排除所有工具、零部件、雜物等。

格構(gòu)柱措施體系拆除流程:

措施清理→走道梁拆除→走道梁支撐、格構(gòu)柱附著撐桿拆除→小墩子拆除→格構(gòu)柱拆除→格構(gòu)柱基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁拆除。

走道梁拆除后,可進行支撐走道梁的雙拼槽鋼拆除、附著撐桿拆除及格構(gòu)柱拆除。以上工況均可由汽車吊直接拆除。

割除作業(yè)采用氣割切割,切割前應(yīng)對拆除構(gòu)件進行吊裝固定,固定后進行切割作業(yè),防止切割后構(gòu)件直接掉落發(fā)生安全隱患。依次方式,雙拼槽鋼及附著撐桿均可直接拆除吊至地面,并轉(zhuǎn)運出場。(圖7-8)

圖7 走道梁拆除圖例

5 結(jié)論

鋁合金網(wǎng)殼屋蓋在國內(nèi)外得到大量應(yīng)用,半個多世紀(jì)以來,作為大跨度空間的一種獨特形式,得到快速發(fā)展[6]。

圖8 格構(gòu)柱拆除圖例

本文首先介紹鋁合金網(wǎng)殼屋蓋工程概況及材料性能,以俄羅斯館中的鋁合金屋蓋施工工藝作為重點研究對象。分析探索其每一步的施工工序,總結(jié)施工經(jīng)驗及流程。通過工程實例來闡述鋁合金網(wǎng)殼作為結(jié)構(gòu)體系屋蓋時,分析網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在施工過程中特點,為鋁合金結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供參考[7]。

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