探析盘式节点大型穹顶单层铝网壳结构施工技术

Analysis on Construction Technology for Single Layer Aluminum Shell Structure of Large Dome with TEMCOR Joints

卢光位，杨彬，余政兵，刘兴胜（重庆建工第四建设有限责任公司，重庆　400020）



探析盘式节点大型穹顶单层铝网壳结构施工技术

Analysis on Construction Technology for Single Layer Aluminum Shell Structure of Large Dome with TEMCOR Joints

卢光位，杨彬，余政兵，刘兴胜
（重庆建工第四建设有限责任公司，重庆400020）

摘要：大型长球冠状网壳盘式节点因其结构的特殊性，传统的整体提升或高空散装法均难以有效地解决构件在安装过程中累积误差产生及消除的难题，该技术运用BIM建筑模型信息提出一套有效的安装工艺，经工程实践证明该技术较大地提高了铝合金网壳结构的安装质量和安装效率，为大型单层铝网壳结构安装技术的提高提供了借鉴。

关键词：盘式节点；单层铝网壳结构；BIM技术；高空散拼

Abstract:Because of the particularity of the TEMCOR joints in huge long spherically aluminum lattice shell, the traditional integral elevation and overhead assembly can hardly tackle the problems caused in installation. With BIM building model information, a set of effective installation technology is presented, which is proved to be highly effective in improving the installation quality and efficiency of aluminum shell structure. It offers some references for similar projects.

Keywords:TEMCOR joints; single layer aluminum shell structure; BIM technology; overhead assembly

1　工程概况

某工程设计铝网壳平面投影面积约2487m2，铝网壳结构重量约80t。网壳跨径40m，长67m，中心高16.71m。网壳支座底标高（屋顶女儿墙顶）为66.29m，网壳顶部标高83m。该铝网壳含构件约3000多根，盘节点约1600个，螺栓组约11万个。

2　施工流程（见图1）

图1　施工流程图

3　操作要点

3.1建立BIM模型

运用建筑信息建模[1]（BIM）软件建立三维结构模型，实现结构节点、杆件、支座牛腿等构件的空间位置及构件形式、尺寸信息的模型化，创建出与真实结构完全一致的虚拟结构（即BIM模型，如图2）。

图2　BIM模型

3.2导出加工及安装用图表

输出信息流程：打开三维模型→设置输出条件→输出构件图及零件图或输出报表。

3.3现场测量、放线

（1）清理屋面作业环境，在屋面清扫干净后，将建筑物的十字控制轴线与标高控制线引入屋面，作为网壳结构控制轴线与标高测量基准点。

（2）根据BIM模型中导出的节点空间坐标表，在屋面板上测放出铝合金网壳节点底盘的定位十字轴的控制点的平面投影点，并用红色油漆标识节点编号、节点标高等信息。此处需要注意的是，标识的控制节点数量不应少于总节点数的1/3，且各标识点应均匀分布。

3.4满堂支撑架搭设

编制铝合金网壳安装工程中满堂支撑架安全施工的专项方案，对支撑架结构进行受力验算，以确保施工安全。

3.5构件加工及定位编码

（1）构件编码。由于铝合金杆件、节点圆盘加工数量较大，各自的尺寸及标识也不同，为了确保每个构件安装快速、准确、便于辨识，必须对于铝合金杆件、节点圆盘进行编码标识及位置确定。

（2）构件加工。铝合金杆件及节点圆盘的加工需在专业厂家的数控加工中心完成。利用加工中心自带的图形识读转化功能，把Auto CAD图形文件转化为数控加工中心的操作指令，以控制铝合金杆件节点和圆盘的加工。

3.6构件运输

由于加工的各构件具有不同的空间位置参数，为了便于安装施工，构件装运应使得装箱组合与空间位置的连续性一致，运送顺序与现在安装施工用料次序相一致。

3.7主轴定位安装

3.7.1铝合金网壳结构主轴定位安装流程

网壳正中最高点处节点圆盘及相连长轴杆件安装→长轴线上杆件、节点圆盘安装及校核→短轴线上杆件、节点圆盘安装及校核。

3.7.2网壳正中最高点处节点圆盘及相连长轴杆件安装

（1）根据支撑架水平横杆上的十字控制轴线与水平标高控制线，初步校核正中节点圆盘的中心位置及相连杆件的轴线方向，通过拉直尺初步校核节点圆盘底标高。架设铅锤测距仪对正中节点圆盘底中心进行精确测量，通过调节支撑架正中的可调托撑，使节点下圆盘中心标高符合设计坐标。

（2）根据安装施工图和节点空间坐标表，找出待安装位置处对应的杆件及节点圆盘（以对应位置处杆件、节点圆盘的编号及标识方向确定，每组节点圆盘有上、下两个铝盘）。按照构件安装施工方案，将节点圆盘标识方向朝向对应杆件轴线方向，以使节点圆盘的螺栓孔群与杆件端头翼缘板的螺栓孔群相吻合，并在节点圆盘上、下两个方向分别用M10不锈钢螺栓，采用不少于4颗将其连接，再对螺栓进行初拧（采用手动扳手，以弹簧垫圈刚好着力为控制条件）。

3.7.3网壳长轴节点圆盘及杆件安装

以安装的首组构件为中心，根据安装施工图和节点空间坐标表，找出待安装位置处对应的杆件及节点圆盘，参照网壳正中最高点处节点圆盘及相连长轴杆件的安装方法，从高到低，按两侧对称安装的方式，依次安装长轴上的其他杆件及节点圆盘，参见图3。

图3　长轴节点圆盘及杆件安装示意图

3.7.4网壳短轴节点圆盘及杆件安装

待长轴杆件及节点圆盘安装完成后，短轴方向节点圆盘及杆件的安装利用三角形稳定性原理进行对称安装，参见图4、图5。

图4　短轴局部安装示意图

图5　短轴整体安装示意图

3.8分区发散安装

（1）铝合金网壳结构分区发散[2]安装流程

主轴安装完成→从高到低，由中心向四周发散分块安装杆件、节点圆盘及校核→支座H型钢牛腿安装，参见图6。

图6　安装顺序示意图

（2）在短轴安装完成后，沿长轴方向以图7所示的基本结构进行单向安装，以增强主轴十字结构的稳定性。

图7　长轴单向辐射安装示意图

图8　分区域发散式安装示意图

（3）待长、短轴方向的节点圆盘及杆件安装完成后，从高到低，由中心向四周分区域发散式安装各杆件及节点圆盘，如图8所示。

（4）按上述安装步骤将逐根杆件逐个节点依次进行安装，在多个基本安装单元连接成线或成片后，须再次对各节点空间位置进行校正，以将安装误差控制在允许范围内。

（5）按上述步骤分块发散安装各铝合金杆件及节点圆盘，使十字控制轴网间的铝合金杆件及节点圆盘从高到低相连成整体，直至全部安装至与钢牛腿相接的节点圆盘处，如图9与图10所示。

图9　整体安装效果示意图

图10　整体安装效果实物图

3.9钢牛腿支座安装

（1）H型钢牛腿为工厂预制构件，安装时需注意其无孔一端为自由端（长50～100mm），可根据铝合金网壳底部的杆件与其搭接情况，进行后加工。

（2）钢牛腿安装流程

牛腿处节点圆盘初固定→实际需要长度测量（翼缘板四边末端与孔群距离）→自由端按测量长度划线修割、打磨→拆开外节点圆盘→放入钢牛腿并与内盘初固定→盖上外节点圆盘→穿入安装螺栓并紧固→组装肋板并施焊牛腿、肋板与预埋板间的焊缝。

3.10节点螺栓复拧

节点螺栓复拧是在构件空间位置校正完毕后，对已组装不锈钢螺栓进行复拧。其流程为：构件位置初调→同孔群剩余螺栓穿入并初拧→构件位置精调→终拧螺栓。

拧紧力控制：以经调试的气动扳手扭矩为准（对于M10不锈钢螺栓的扭矩调定值为26N·m）。节点圆盘外圈螺栓复拧完成后，再从内向外检查一次。

3.11满堂支架卸荷及拆除

在满足拆除条件的情况下，满堂支撑架按照“先卸载、后拆除，从高到低，从内到外，先搭后拆，后搭先拆”的原则进行拆除。卸载应从中间向两端对称进行。

3.12钢牛腿面防腐处理

钢牛腿表面应在加工厂进行清洁并涂刷底漆，其工艺流程及操作要求按《钢结构工程施工规范》GB50755-2012的规定执行。

4　质量控制要点

（1）熟悉施工设计图纸，采用BIM建筑信息模型技术进行二次升华施工设计。

（2）对于工厂加工完成的构件，在装运至施工现场前，应对加工构件进行预拼装，在满足加工精度要求的情况下，方可进行装运、安装。

（3）依据BIM模型提供的三维坐标数据，放线、定位铝合金网壳节点的平面位置及标高，并在安装施工过程中对已安装节点的空间位置进行校正，边安装、边测量、边校正，实现由局部到整体的控制安装精度。

（4）安装过程中，依据构件编号校核所有杆件及节点圆盘的安装位置，杜绝错位安装。

（5）采取先装配调校、后紧固受力的安装工艺，防止网壳构件因紧固受力而发生位移。

5　结论

此技术的应用实现了铝网壳安装工程设计、加工、安装一体化信息施工技术，有效地提高了操作效率、安装工程质量和进度，降低了管理成本，取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]夏峰林.杭州大剧院钢网壳结构的设计、施工与检测[J].建筑施工，2003（04）:278-281.

[2]薛庆.大跨度单层铝合金网壳结构安装技术[J].建筑施工，2011（12）：1097-1099.

责任编辑：孙苏，李红

作者简介：卢光位（1969-），男，重庆人，本科，高级工程师，从事建筑施工技术研究与生产管理。

收稿日期：2016-02-24

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.053

中图分类号：TU74

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）03-0053-03