青島大劇院屋蓋鋁板格柵設(shè)計(jì)與施工（下）

　　本文作者：劉祥峰 張桂平 趙西安
　　4 格柵施工安裝中的問(wèn)題
　　4.1 板塊模數(shù)化、類型
　　格柵的分格也有其獨(dú)到之處，屋蓋格柵工程面板共計(jì)117，800m²,加工圖、加工單的繪制和統(tǒng)計(jì)工作量巨大，若無(wú)規(guī)律可循，那將是非常麻煩的事情，所以在確定分格時(shí)，面板在一個(gè)大的單元內(nèi)板塊均分，這樣該單元內(nèi)的鋁板寬度都是同一個(gè)數(shù)值(如圖12)，只是面板的邊角有些許的不同，提高了工作效率。

圖12  鋁板格柵局部立面圖

　　4.2 大板塊的加工成型
　　由于新穎的立面分格和獨(dú)特的面板安裝方式，對(duì)面板加工的誤差要求是嚴(yán)格的，加工廠要保證板塊邊長(zhǎng)長(zhǎng)度在4m以上的，加工誤差都必須保證在-2mm以下；板塊邊長(zhǎng)長(zhǎng)度在2m以內(nèi)的則加工誤差不得超過(guò)1mm。鋁合金板的噴涂顏色也是經(jīng)設(shè)計(jì)方反復(fù)斟酌最終敲定的。

　　青島大劇院屋蓋格柵鋁板，大多屬于超大板塊，因此鋁卷開平采用特制高精度的“飛剪”機(jī)以及21棍矯平機(jī)，可以保證鋁板原材的平整度；加強(qiáng)筋采用“U”形折邊件，加強(qiáng)筋到折邊留一定距離，以保證安裝。加強(qiáng)筋安裝方向?yàn)殇X板短邊方向。長(zhǎng)邊方向加邊筋以保證鋁板更好的剛性。種焊螺栓加密到200mm一檔，種焊深度加深到1.5mm；加強(qiáng)筋采用與鋁板折邊焊接的方式（如圖14），充分發(fā)揮鋁加強(qiáng)筋的作用，以保證強(qiáng)度的同時(shí)提高了面板的平整度；運(yùn)輸和工地抬板、放板時(shí)注意要垂直地面，保證鋁板不變形　

　

圖13  超大板塊　

圖14 加強(qiáng)筋與面板折邊焊接

　 　　在屋蓋格柵面板的樣式中有截面為弧形的“W”型板（如圖15、圖16）。該類型板的特點(diǎn)是長(zhǎng)度大，長(zhǎng)度均在4m以上，截面復(fù)雜且?guī)в谢⌒危?a href='../../zsk/ct.asp?id=7916' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>加工精度難控制。綜合上述因素，鋁板的加工圖繪制必須1：1放樣，精確定尺，采取雕刻機(jī)雕刻的形式來(lái)裁板并采取分段加工，直段和弧段等單獨(dú)加工制作，加工過(guò)程要不斷地校尺以控制尺寸精度。在加工弧段時(shí)，首先用雕刻機(jī)把該板的底板部分制作出來(lái)，再分別來(lái)加工該板的兩條邊，兩條邊按照所需的半徑，分別上機(jī)拉彎，然后把各部分組合焊接起來(lái)。在解決由于較長(zhǎng)的焊縫帶來(lái)的變形問(wèn)題，在焊接的同時(shí)，采用水冷來(lái)降低鋁板的溫度；再通過(guò)設(shè)置輔筋的辦法，加強(qiáng)板的剛度，提高精度　

圖15 圓弧造型局部

圖16  W型板截面圖

　　4.3 防腐措施.
　　外帷幕系統(tǒng)的防腐主要由兩個(gè)方面組成，首先是不同金屬材質(zhì)接觸部位；另外是鋼材（焊縫）的防銹蝕：

　　在不同金屬材質(zhì)接觸的地方，如面板上的鋁型材與鋼材連接部位，放置三元乙丙橡膠墊塊，防止發(fā)生異電位腐蝕。

　　青島屬于沿海城市，空氣濕度大，鹽霧現(xiàn)象嚴(yán)重，這對(duì)屋蓋格柵龍骨、連接件等非常不利。做為屋蓋格柵的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼材的防腐尤為重要，尤其是焊接點(diǎn)部位，屋蓋格柵龍骨采用的是富鋅底漆的防腐措施，鋼材表面、焊接處的除銹要相當(dāng)徹底，由人工用一些比較簡(jiǎn)單的工具，如刮刀、砂輪、鋼絲刷等工具，清除鋼構(gòu)件上的雜物及鐵銹，除銹等級(jí)達(dá)到st3.0級(jí)。只有這樣富鋅底漆才能分發(fā)揮出其特點(diǎn)，達(dá)到持久的防腐目的
　　4.4 安裝順序的確定
　　在施工過(guò)程中遵循大的原則是由內(nèi)而外，支座向懸挑，最后圓弧合攏的施工順序。具體如先由S軸開始向R軸方向進(jìn)行，再由U軸開始向W軸方向進(jìn)行；同時(shí)由2/20軸處向14軸方向，隨后進(jìn)行2/20軸處向26軸方向安裝。

　

圖17  平面示意圖　

　　4.5 構(gòu)件尺寸、重量過(guò)大，吊裝采取的措施
　　為了營(yíng)造格柵銀頂?shù)妮p盈和靈透，屋蓋格柵的結(jié)構(gòu)采用的是鋼桁架結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)是上下兩根規(guī)格為400*200的“H”型鋼組成的桁架，次結(jié)構(gòu)主要用來(lái)承擔(dān)鋁板格柵自重和風(fēng)荷載作用，由100*100*10角鋼組成。整個(gè)工程鋼結(jié)構(gòu)體量巨大，為實(shí)現(xiàn)建筑意境，工程中還大量采用了大跨度、大懸挑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得單個(gè)構(gòu)件重量多數(shù)在10噸以上，鋼桁梁?jiǎn)胃�最重達(dá)５０噸、最大跨度達(dá)78m、高5.7m，最大懸挑也有25m，這使得鋼桁架在施工過(guò)程中大噸位的吊裝、精確定位等就變得十分難以控制。

圖18  大跨度效果（鋁板安裝前）

圖19  大跨度效果（鋁板安裝后）

圖20  懸挑端效果

　　4.6 主體鋼結(jié)構(gòu)偏差過(guò)大，格柵的調(diào)整適應(yīng)措施
主體結(jié)構(gòu)的大跨度、大懸挑造成了結(jié)構(gòu)在安裝定位過(guò)程中出現(xiàn)較大偏差；鋼結(jié)構(gòu)在施工完成后，由于鋁板格柵系統(tǒng)荷載的施加，鋼結(jié)構(gòu)整體會(huì)有大幅的、不同程度的沉降，其隨著時(shí)間的不同（如季節(jié)、早晚等），沉降數(shù)值是不斷變動(dòng)的。

圖21  懸挑端局部效果

　　鋁板格柵系統(tǒng)設(shè)計(jì)初考慮了適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形的因素，豎龍骨與主體結(jié)構(gòu)間留有10mm間隙，在固定面板的鋁合金連接件與龍骨之間配合4mm橡膠墊。但是在鋁板格柵放線完畢后發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)水平方向的偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)值，為此鋁板格柵系統(tǒng)的龍骨系統(tǒng)做出了調(diào)整，把龍骨在與鋼結(jié)構(gòu)干涉部位斷開，使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)量由原來(lái)的10mm提高到60mm，基本解決了主體結(jié)構(gòu)偏差位移帶來(lái)的影響（如圖22）。

圖22

　　但是由于龍骨斷開，系統(tǒng)受力模型改變，需要增加焊接點(diǎn)，在鋼結(jié)構(gòu)主體受荷后，大量的集中焊接，對(duì)受力非常不利。因此確定了少量焊接，分散實(shí)施的方案，即在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行了少量的焊接后，變換施工作業(yè)面，不同區(qū)域交替焊接施工，避免了局部大量受熱，保證了結(jié)構(gòu)的安全。

　　4.7 安裝過(guò)程中主體結(jié)構(gòu)變形、沉降、安裝定位標(biāo)高的預(yù)留
　　由于鋁板格柵系統(tǒng)的施工，主體鋼結(jié)構(gòu)處在一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化中，隨著格柵荷載的不斷施加，鋼結(jié)構(gòu)也在慢慢沉降變形，標(biāo)高產(chǎn)生變化。鋼桁架轉(zhuǎn)折部位即圓弧處是結(jié)構(gòu)受力方向發(fā)生變化的地方（如圖中T軸位置），鋼桁架向側(cè)面偏轉(zhuǎn)15°，就此榀桁架而言形成了懸挑，鋼桁架本身由上下弦桿組成，重力施加方向的改變，使兩弦桿發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成了桁架在圓弧處發(fā)生平面外的扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)本身即存在沉降又有水平方向的偏差，這不僅對(duì)設(shè)計(jì)方案體出了要求，也使屋蓋格柵的施工面臨著挑戰(zhàn)。

　　為此采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)加軟件輔助設(shè)計(jì)的方法，推算得到了鋼結(jié)構(gòu)在屋蓋格柵施工的過(guò)程各階段的沉降值，作為考慮具體施工方案的依據(jù)。

　　以計(jì)算的沉降數(shù)據(jù)為依據(jù)，預(yù)留沉降量，待龍骨及鋁板荷載安裝施加后，達(dá)到鋁板水平線基本一致的設(shè)計(jì)效果。具體做法如下：

　　根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)加載完龍骨及鋁板荷載后的沉降變形數(shù)據(jù)，對(duì)于變形的鋼梁，依據(jù)數(shù)據(jù)顯示的沉降量，在施工前，假定其已經(jīng)施荷沉降完畢，鋼梁已經(jīng)處在變形到沉降數(shù)據(jù)狀態(tài)中的位置，施工放線時(shí)，依據(jù)提供的鋼結(jié)構(gòu)下降數(shù)據(jù)把豎龍骨及橫龍骨的底部標(biāo)高按照沉降數(shù)據(jù)預(yù)先升高
　　對(duì)于豎龍骨安裝，因?yàn)槭谴怪狈较颍�鋼結(jié)構(gòu)下降對(duì)其受力不發(fā)生影響，因此可不做考慮，直接垂直安裝即可。

　　橫梁安裝應(yīng)考慮鋼結(jié)構(gòu)下降所產(chǎn)生的內(nèi)力，橫梁與立柱所連接角碼擬采用長(zhǎng)條孔，且所連接螺栓暫不擰緊，待全部龍骨安裝完畢后鋼結(jié)構(gòu)會(huì)有一定的下降，能消耗由此產(chǎn)生的橫龍骨的位移量，此時(shí)再緊固螺栓以校正橫梁龍骨線，但需預(yù)留端部?jī)蓚�(gè)分格龍骨。然后開始安裝鋁板，鋁板安裝應(yīng)依照根部到端部的順序進(jìn)行安裝，安裝至端部?jī)蓚�(gè)分格的時(shí)候，因?yàn)榇蟛糠趾奢d都已施加到到鋼結(jié)構(gòu)上，沉降已基本到位，此時(shí)觀察鋼結(jié)構(gòu)的沉降值，如達(dá)到所提供的數(shù)量值，再校正最外兩個(gè)分格的橫龍骨線，緊固螺栓，然后安裝鋁板。這樣在施工中消化下降對(duì)安裝龍骨鋁板的影響，待安裝完畢后鋁板標(biāo)高一平。

　　主體結(jié)構(gòu)變形縫主要考慮地震作用及溫度應(yīng)力。變形縫區(qū)域格柵龍骨與其它區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，面板為3mm鋁合金單板，安裝方式為插接連接，保證了屋蓋格柵系統(tǒng)本身不會(huì)對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)的變形產(chǎn)生約束。為了應(yīng)對(duì)溫度應(yīng)力龍骨采用螺接，且龍骨上設(shè)計(jì)長(zhǎng)孔，格柵面板為插接形式，溫度產(chǎn)生的應(yīng)力被大段格柵分段消化。

　　5．結(jié)語(yǔ)
　　建筑造型的新穎、獨(dú)特，對(duì)建筑外帷幕系統(tǒng)提出的要求越來(lái)越高，幕墻科技的進(jìn)步相當(dāng)一部分是為了適應(yīng)建筑主體復(fù)雜形態(tài)的要求。

青島大劇院項(xiàng)目無(wú)論是從外觀的設(shè)計(jì)，還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形式均堪稱國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，尤其是主體結(jié)構(gòu)如此大的跨度和懸挑；在本工程的設(shè)計(jì)和施工中所采用的一系列的應(yīng)對(duì)措施，如針對(duì)面板開縫式的插接系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大偏差時(shí)系統(tǒng)的變化能力以及在鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降后的施工工法，都對(duì)今后類似工程的實(shí)現(xiàn)具有參考意義。

　　參考文獻(xiàn)
　　［1］、《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 JGJ133-2001
　　［2］、趙西安 《建筑幕墻工程手冊(cè)》，2002年

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