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國家速滑館項目天壇輪廓曲面玻璃幕墻鋼網殼施工技術,中國建材網,cnprofit.com
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國家速滑館項目天壇輪廓曲面玻璃幕墻鋼網殼施工技術
2020年12月23日    閱讀量:1012    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

摘要

國家速滑館項目天壇輪廓曲面玻璃幕墻鋼網殼體系支撐龍骨為異形鋼骨架( S形) ,且鋼龍骨長短各不相同。針對 S 形鋼龍骨長度超過運輸限制,采用在工廠分段加工制作并運輸至現場,地面焊接拼裝后整體吊裝。詳細介紹幕墻鋼網殼結構施工流程及關鍵技術,采用扁擔吊裝的方式,保證弧形梁變形、安裝精度及成型質量中國建材網cnprofit.com。將鋼龍骨組裝成鋼桁架形式進行吊裝,既提高安裝效率,又有效保證龍骨拼接質量。采用全站儀對安裝過程進行全程精確定位,保證構件準確、快速地完成安裝。

Part 01

工程概況

國家速滑館工程擁有目前全球體育場館中規模最大的單層雙向正交馬鞍形索網屋面,外幕墻由3 360 塊玻璃拼接成天壇輪廓造型,由 S 形鋼龍骨支撐( 見圖 1) 。鋼龍骨與柔性單索、鋼橫梁、鋼橫管組合連接,形成網殼結構。設計過程中,通過力學與變形分析,對玻璃板塊進行合理優化,使用規則的有理化單元擬合連續流暢的建筑形體,以獲得優雅的外形和富于光影變化的視覺效果。 

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圖 1 天壇輪廓曲面幕墻鋼網殼結構

曲面玻璃幕墻由 160 根鋼龍骨支撐( 見圖 2) 。在施工階段,根據南北中軸線分為 2 個施工區: 東段施工區和西段施工區,各工區包含 80 根 S 形鋼龍骨。東、西段工區又按鋼龍骨長度( 點到點的直線長度) 劃分為 3 個施工區,如西段工區劃分為西北區( 26 根鋼龍骨) 、正西區( 28 根鋼龍骨) 和西南區( 26 根鋼龍骨) 。本文針對鋼龍骨及其組成的網殼體系的制作和施工進行研究。 

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圖 2 幕墻鋼龍骨布置及施工分區

Part 02

加工制作

國家速滑館幕墻網殼由 160 根鋼龍骨、3 520 根矩形橫鋼梁和 3 520 根圓鋼管組成( 見圖 3) 。因速滑館馬鞍形構造,S 形鋼龍骨兩端直線距離最長約為 32. 6m( 東西側) ,最短約為 17. 9m( 南北側) 。S形鋼龍骨由 4 片鋼板焊接而成。160 根鋼龍骨中有80 根尺寸各不相同。 

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圖 3 網殼結構

本工程 S 形鋼龍骨長度超過運輸限制,分為 3段進行加工制作( 見圖 4) 。單段鋼龍骨如圖 5 所示。水平絲帶圓管、鋼龍骨與混凝土梁上預埋件連接的加勁板及銷軸連接板、環桁架連接的幕墻支撐桿與鋼龍骨一同制作及運輸。鋼龍骨與幕墻索連接節點上的連接件單獨制作,不與鋼龍骨一起在工廠組裝,單獨發送至施工現場,安裝后與鋼龍骨焊接。 

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圖 4 S 形鋼龍骨分段

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圖 5 單段鋼龍骨

2 層以上玻璃單元體,豎向同一分格內,玻璃單元體板塊為 42 塊。S 形鋼龍骨在 2019 年 3 月制作完成并進場,玻璃單元體進場時間為 2019 年 5 月。鋼龍骨長度為 17. 9 ~ 32. 6m,玻璃板塊均為 4m 分格,且 40%的單元體板塊為異形玻璃,運輸及吊裝工作量大,合理組織單元體材料制作、運輸及后續安裝是本工程考慮的重點。分析現場各種不利因素,做出周密計劃,采用流水作業,將制作、運輸、安裝都集中由項目經理統一指揮、調度,有序組織玻璃板塊和鋼龍骨進場并存放到各安裝區域。

Part 03

安裝施工

曲面玻璃幕墻安裝工序包括幕墻龍骨( 含 S 形鋼龍骨及連接件、矩形橫鋼梁等) 、防火涂料及金屬面油漆、2 層及以上平板玻璃、弧段玻璃、冰絲帶、藍色幕墻、鋁板幕墻、鋁合金防雨百葉、防墜落系統等。天壇輪廓曲面玻璃幕墻與冰絲帶、室內側的藍色幕墻、遮陽簾都存在一定的干涉,整體工序安排不當將導致后序安裝操作空間小或無法正常安裝,造成質量隱患。鑒于此,經過理論分析和三維模擬等手段,確定安裝順序為: 焊接 S 形鋼龍骨并涂裝防火涂料→搭設滿堂斜坡腳手架→安裝 S 形鋼龍骨、腳手架二次搭設→安裝矩形橫鋼梁和圓鋼管→安裝曲面幕墻頂部通風百葉→安裝藍色幕墻鋼龍骨→安裝曲面幕墻面板→安裝水平絲帶圓管→安裝藍色幕墻面板→拆除腳手架。

由于 S 形鋼龍骨分段制作,若采用分段吊裝、高空對接的方案,S 形構造與幕墻拉索節點的連接方式將導致構件安裝時無穩定的支撐點,高空對接及焊接難度大,安裝精度不易控制。因此,S 形鋼龍骨采用地面焊接拼裝后整體吊裝的方式。為防止整體吊裝可能出現的變形,采用扁擔吊裝,保證弧形梁變形、安裝精度及成型質量可控。其余水平圓管、矩形方通、封邊梁等根據自然節點整體制作及吊裝,矩形方通等截面較小的桿件也采用扁擔吊裝,扁擔用 I32a?,F場鋼網殼結構吊裝主要采用 50t及 80t 汽車式起重機,其中,80t 汽車式起重機在整體吊裝 鋼 龍 骨 時,最大吊裝半徑為 16m,主 臂 長37. 9m,對應額定吊重為 7. 2t,滿足最長龍骨分段質量要求( 3. 9t) 。  幕墻鋼龍骨安裝流程為: 安裝幕墻拉索→吊裝第 1 根 S 形鋼龍骨→吊裝第 2 根 S 形鋼龍骨→安裝矩形鋼橫梁和鋼圓管→安裝全部鋼網殼結構( 見圖6) 。重復以上安裝過程,完成全部幕墻鋼網殼結構施工。S 形鋼龍骨整體安裝完成后,采用全站儀對鋼結構的變形進行監測,以保證安裝精度。

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圖 6 幕墻鋼網殼結構安裝

幕墻鋼網殼工程的施工順序為由曲面低處到高處,如圖 7 所示。以東段工區為例,鋼龍骨從東南側( 東 1 區) 和東北側( 東 2 區) 開始安裝,同時向正東側行進,最終在東立面中部合龍。西段工區與東段工區同時進行施工。 

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圖 7 鋼網殼安裝順序

幕墻鋼網殼結構的現場焊接主要為絲帶圓管與支撐桿的節點焊接、封邊梁與弧形梁的節點焊接、幕墻支撐桿與主體環桁架的節點焊接。焊接形式主要為全熔透焊縫,材 質 包 含 Q420C,Q345C,Q345B。焊接方案根據 GB 50661—2011《鋼結構焊接規范》確定,焊接主要設備包括 CO2 焊機、交流弧焊機、CO2 焊槍、CO2 流量計、碳弧氣刨槍、空壓機、紅外線測溫儀和便捷式超聲波探傷儀等。

Part 04

關鍵施工技術

天壇輪廓曲面幕墻的支撐龍骨為異形鋼骨架( S 形) ,且鋼龍骨長短各不相同。為高效、合理地完成這一環節,需將鋼龍骨組裝成鋼桁架形式進行吊裝。鋼桁架既能提高安裝效率,又能有效保證龍骨拼接質量,故安裝時榀與榀間的精準對接是本工程的重點,采用合理、高效的施工吊裝方案是本工程一大難點。

4. 1 測量控制

為保證工程質量,采用全站儀對安裝過程進行全程精確定位,保證構件準確、快速地完成安裝。同時,采用合理的吊裝設備,如汽車式起重機、履帶式起重機等配合進行吊裝,提高安裝效率。在進行鋼龍骨安裝時,除控制其空間絕對位置外,也須和已完成的龍骨進行實時聯測,確保其相對關系正確,尤其在標高控制時,以相對標高控制為主、階段性設計標高復核為輔的方法測控,保證各環節協調一致。 

在吊裝鋼結構過程中,測量小組利用總包控制網進行控制點加密并復核,在基準點位置架設超高精度全站儀,采用極坐標、格網等方法根據曲面特點進行放樣測量,進行室外起點和終點的放線控制點定位,并彈設幕墻鋼結構控制線和控制點,為下一步工序做好準備。全站儀三維坐標放樣法的標高放樣采用無儀高、反射貼片代替棱鏡的三角高程測量,精度、效率較高,在空中定位測量有較好效果,在復雜的空中結構安裝中比“水準儀+鋼尺”法應用更便捷。使用全站儀確認鋼結構的控制線和控制點。為確保安裝過程及最終結果的控制精度,在測量工作中充分考慮以下幾點: ①選擇合適的控制點,確保通視; ②充分考慮安裝過程中的結構位移,加強復測; ③鋼結構對陽光照射及溫度變化敏感,在控制測量過程中必須考慮消除其影響。同時,找出鋼結構的控制點,吊裝前將各控制分布點的施工理論坐標數據整理成表。按控制線和控制點坐標進行頂、底位置鋼結構支座安裝,安裝要保證支座中心點高低一致,安裝完成后使用全站儀對幕墻鋼結構支座間的尺寸進行測量,與理論尺寸做比較,最終確定幕墻鋼結構實際大小。起吊過程中實時觀察各部位變形情況,發現異常立即停止起吊。鋼龍骨起吊前在兩端綁扎控制繩,以防止起吊時發生搖擺和晃動,同時引導就位。鋼龍骨就位的同時,通過纜風繩調整其垂直度,當鋼柱的垂直度和鋼梁位置均符合要求時,即可進行螺栓緊固。構架柱的四角臨時拉線固定好后方可松吊鉤。垂直度檢測時,將 2 臺經緯儀分別架設在南( 北) 、東( 西) 方向上,垂直鋼梁方向經緯儀瞄準基礎杯口控制線,觀測是否與柱的頂板中心重合。檢驗達到標準后方可收車,收車后應再次進行檢測。梁與柱連接必須牢固后方可松吊鉤收車。鋼龍骨的垂直度及軸線、標高精度控制要求較嚴格,在基礎杯口或鋼網殼結構法蘭上準確劃出中線和邊線,吊裝時用 2 臺經緯儀控制縱橫軸線,使鋼構架縱橫排列整齊一致。    

4. 2 吊裝過程成品保護

本工程在鋼網殼結構安裝過程中采取了成品保護措施。為避免鋼龍骨在起吊過程中發生滑動造成鋼柱表面劃傷,大幅度擺動造成成品損壞,起吊前必須在鋼柱底部固定 2 根棕繩,用以控制鋼柱在起吊過程中的滑動和擺動。起吊鋼龍骨時綁扎吊點位置應準確,起吊后應保持平衡,鋼梁的底端應用臨時纜風繩控制其擺動。

4. 3 防止焊接變形

在鋼結構焊接過程中,焊件的焊縫和熱影響區由于不斷受到焊接熱循環的作用,在焊件內部產生焊接應力和焊接變形。由于本工程鋼結構全部栓接,且大部分是封閉尺寸,任何微小變形都可能影響安裝質量,故應采取以下措施防止焊接變形: ①對稱、同時焊接; ②選擇合理的施焊順序,如分中退步法、逆焊法和多層同速焊接法; ③采取臨時加固措施; ④采用反變形法施焊。通過上述技術保證了曲面幕墻網殼結構快速、精準施工。

Part 05

結語

國家速滑館天壇輪廓曲面玻璃幕墻由鋼網殼結構支撐,具體包括 S 形鋼龍骨( 主龍骨) 、鋼橫梁和鋼圓管( 次龍骨) 。通過對幕墻鋼網殼施工技術的研究,得出以下結論。

1) 鋼網殼結構的施工方法應綜合考慮構件的運輸及加工制作方法。

2) 異形鋼骨架( 即 S 形鋼龍骨) 的吊裝工作難度較大,需嚴格進行坐標監控。

3) 曲面幕墻工程常包含多個子工程,各子工程之間的工序安排會直接影響幕墻工程總體的安全和質量。


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