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空間多向曲面網(wǎng)殼結構綜合施工技術(shù) 二維碼
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發(fā)表時(shí)間:2023-08-24 22:17作者:何雙紅 房大偉 唐坤 曹剛 空間多向曲面網(wǎng)殼結構綜合施工技術(shù) 何雙紅1 ,房大偉2,唐坤3,曹剛4 (陜西建工第十建設集團有限公司,陜西 723000) [摘要]: 空間多向曲面的網(wǎng)殼結構中的多個(gè)曲面鋼結構安裝采用模塊化精準定位法,優(yōu)化構件尺寸及端面焊接角度,通過(guò)階梯型操作平臺,完美實(shí)現各構件的流線(xiàn)性組拼。玻璃面板安裝利用弧形調節件,精準調整頂面玻璃板塊安裝角度,最終實(shí)現多曲面的最佳效果。 關(guān)鍵詞:多曲面網(wǎng)殼;模塊化;焊接角度;弧形調節件 引言 網(wǎng)殼結構是以穹頂結構為設計理念而衍生的一種空間桿系結構,系以桿件為基礎,依據殼體結構布置,有規律的組成空間網(wǎng)格,形成了空間構架,其造型優(yōu)美,線(xiàn)條流暢,能夠完美的解決大跨度空間的復雜結構造型,在工程得到了更多的應用,通過(guò)對整體穩定性、鉸支座的精準計算,達到結構的安裝可靠性,施工過(guò)程中需依據受力特點(diǎn)進(jìn)行模塊式組裝,減少誤差,最終實(shí)現了結構完美安裝。 1.項目概況 楊凌自貿大廈項目位于楊凌CBD區,是政務(wù)辦公服務(wù)中心和跨國涉農企業(yè)辦事公共資源服務(wù)中心,也是一座打造“一帶一路”的現代農業(yè)國際合作中心。項目總建筑面積約83606㎡,分塔樓和裙樓兩部分,塔樓24層,裙樓5層,外立面為弧形玻璃幕墻結構,裙樓大廳屋面采用了空間雙向曲面結構,曲面圍繞主樓流線(xiàn)型布置,各曲面呈L型排布,高低錯落,如同盛開(kāi)的花瓣,多向采光,實(shí)現了綠色節能與造型的完美融合。 2.項目特點(diǎn) 空間多向曲面單層鋼網(wǎng)殼結構的邊緣由多段不規則弧形組成,最大跨度為35m,最高點(diǎn)高度為22m,建筑投影面積約1960㎡。該結構造型由邊緣梁和鋼箱體組件組拼而成,形成高低不等的多向曲面造型。 圖2-1 建筑全景圖 圖2-2 空間多向曲面分析圖 3.結構參數 邊緣混凝土結構梁外邊緣24個(gè)固定鉸支座,內邊緣12個(gè)雙向滑動(dòng)鉸支座,網(wǎng)殼鋼構件通過(guò)支座與結構梁連接。網(wǎng)殼邊緣線(xiàn)型構件由弧線(xiàn)段鋼圈梁和兩端直線(xiàn)段鋼圈梁組成。 注:ZZ-1為固定鉸支座 ZZ-2為滑動(dòng)支座 圖3-1 支座布置圖 (1)邊緣弧線(xiàn)段:800×400×40mm直線(xiàn)型鋼箱梁,長(cháng)度不等與結構通過(guò)鉸支座鉸接; (2)直線(xiàn)段:480×220×22mm鋼箱梁,長(cháng)度不等,懸挑狀態(tài); (3)網(wǎng)殼內部:三角型焊接組拼,350×120×12mm、350×120×14mm鋼箱梁。 (4)曲面桿件組拼節點(diǎn)的標高如下表: 表3-1各項曲面參數表
4.主要施工技術(shù)特點(diǎn) (1)網(wǎng)殼結構桿件優(yōu)化設計。應用Tekla等專(zhuān)用鋼結構建模軟件,確定箱梁桿件長(cháng)度為1.3~1.8m,共計2063根桿件,1079個(gè)節點(diǎn);依據弧度要求,各箱梁桿件兩個(gè)斷面采用不同角度的坡口設計,并確保焊接后在一個(gè)平面上。 (2)應用BIM技術(shù),明確桿件長(cháng)度和坡口角度,繪制施工圖,桿件是非標尺寸的鋼箱體,經(jīng)鋼材廠(chǎng)和專(zhuān)業(yè)加工廠(chǎng)加工。采用相貫線(xiàn)切割加工工藝,進(jìn)行坡口切割,經(jīng)防銹底漆處理,依據標高進(jìn)行編號運至現場(chǎng)。 (3)根據網(wǎng)架結構特點(diǎn)為多項曲面結構,采取了高空散拼逐個(gè)曲面安裝。 5.網(wǎng)殼安裝 (1)跤支座及調平板安裝 主體施工時(shí)預埋的鉸支座錨板。為減少誤差,錨板上加裝600×600×100mm厚調平鋼板,板上留置9個(gè)孔徑40mm孔洞,便于電弧焊融透填塞焊與原預埋錨板焊接,焊縫高度不小于板厚。裙樓24個(gè)固定鉸支座,塔樓部12個(gè)雙向滑動(dòng)鉸支座與調平板焊接連接。 (2)圈梁安裝 鋼圈梁長(cháng)度約1.8m箱體,內部按間距200mm設豎向14mm厚加勁肋。邊緣圈梁與鉸支座之間設置微調板,調節圈梁的標高,保證圈梁的標高統一。圈梁施工時(shí),應從一端向另一端依次順序連接,且同一鋼梁不能兩端同時(shí)焊接,防止鋼梁因焊接產(chǎn)生的溫度應力而變形。由于鋼圈梁與結構完成面間距較小,底部焊縫無(wú)法施工,采取在鋼圈梁的頂部端頭預留300×300的臨時(shí)洞口,待底部焊縫施工完成并焊縫檢測合格進(jìn)行封洞處理。 (3)搭設操作平臺 根據工程特點(diǎn),鋼網(wǎng)架采用高空散拼安裝,網(wǎng)架下搭設加強型鋼管滿(mǎn)堂落地腳手架。按網(wǎng)架體量,分為三個(gè)曲面施工區域。操作平臺搭設高度依據各區的三維坐標點(diǎn)呈階梯型搭設,立桿縱橫間距0.9嗎,按加強型布設剪刀撐。每層架體立管距離鋼構件下口預留30-50cm空間,作為鋼構件安裝時(shí)的操作空間。操作平臺承載能力為200—250kg/㎡,可用于臨時(shí)堆放少量鋼構件和施工作業(yè)人員操作。 (4)桿件安裝 桿件安裝依據曲面區域進(jìn)行,先主梁后次梁進(jìn)行逐個(gè)區域組拼安裝。施工前,將相對坐標引至操作平臺上進(jìn)行標記,桿件焊接施工時(shí)再使用經(jīng)緯儀按此坐標點(diǎn)所對應的垂直高度進(jìn)行定位,用架管做臨時(shí)支撐。 由于網(wǎng)架為曲面構造,按照深化圖紙起拱點(diǎn)設置在節點(diǎn)處。根據曲面分區,先施工主梁,待主梁對接焊縫檢測合格后,再進(jìn)行次梁的施工。施工時(shí),依次曲面一—曲面二—曲面三。 每個(gè)曲面的安裝順序應根據網(wǎng)架結構的類(lèi)型、受力和構造特點(diǎn)、施工現場(chǎng)情況等因素綜合確定。拼裝順序應能保證拼裝的精度和減少累計誤差。焊接節點(diǎn)采用架管臨時(shí)支撐,支承點(diǎn)布置可按網(wǎng)殼曲面劃分區域的安裝順序進(jìn)行,臨時(shí)支承點(diǎn)布置應均勻,保證剛度和穩定性。支承支架的接頭變形、彈性壓縮等因素引起的總沉降控制在5mm以下。節點(diǎn)焊接逐榀焊接,逐榀檢查復核標高、撓度、節點(diǎn)偏移量,及時(shí)糾偏,減少誤差累積。 3)網(wǎng)架安裝的誤差控制 由于鋼網(wǎng)架采用鋼管腳手架操作平臺進(jìn)行網(wǎng)架安裝,在每安裝完一格網(wǎng)架需要進(jìn)行一次測量,鋼網(wǎng)架的安裝過(guò)程中必須時(shí)刻測量和控制鋼網(wǎng)架的安裝誤差,一旦有變形位移超出控制范圍的必須立即進(jìn)行糾正。每次鋼網(wǎng)架安裝完成后必須立即測量鋼網(wǎng)架的撓度、整體尺寸、節點(diǎn)偏移等,并在下一區工作平臺上安裝的鋼網(wǎng)架施工中進(jìn)行調整,避免產(chǎn)生的累計誤差過(guò)大。 鋼網(wǎng)架安裝完成后應依據《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收標準》 GB50205-2020中的要求進(jìn)行檢查,所有驗收數據按規范中的允許偏差進(jìn)行取值。 (5)鋼梁焊接變形控制 鋼梁在焊接過(guò)程中,焊接順序應遵循先約束大后約束小部位,焊接方向一致、多層同順序、兩側交替焊接、對稱(chēng)施焊等原則進(jìn)行施工。在構件單元組合焊接時(shí),要從中心向兩側進(jìn)行對稱(chēng)焊接,分層焊接時(shí)要從同一方向焊接;構件高空拼裝時(shí)多方向多處合攏焊縫的施焊,宜采用各接口輪流循環(huán)跳焊法,避免單個(gè)構件集中加熱焊接,產(chǎn)生集中變形或軸線(xiàn)偏移;一個(gè)構件的兩端不能同時(shí)施焊;為了減小桿件焊縫的殘余應力,在焊接前,先對桿件進(jìn)行預熱處理,達到一定溫度后,再進(jìn)行焊接。 (6)桿件的防銹、防火 鋼構件由廠(chǎng)家加工并進(jìn)行防銹底漆處理后運輸至現場(chǎng),構件預留焊縫兩側30~50mm范圍暫不做油漆處理,待現場(chǎng)施焊完畢后對焊縫進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量檢測,經(jīng)認定滿(mǎn)足設計要求的焊縫等級后再進(jìn)行防火涂料施工。鋼梁的耐火極限時(shí)間不小于1.5h,防火材料采用膨脹薄型防火涂料,厚度為2.1mm,滿(mǎn)足結構耐火極限的要求。 6.網(wǎng)殼玻璃安裝 依據各桿件的三角組拼形式在桿件上安裝玻璃龍骨,利用桿件節點(diǎn)臨時(shí)焊劑鋼筋定位樁,保證節點(diǎn)四周的玻璃龍骨安裝線(xiàn)條流暢。龍骨上安裝半圓弧形底座,以便微調玻璃安裝的角度,玻璃編號安裝,調平后打膠密封并清理現場(chǎng)。 1)測量放線(xiàn)、定位。由于曲面造型比較復雜,無(wú)法按照常規的放線(xiàn)方式進(jìn)行,經(jīng)過(guò)研討,結合采光頂節點(diǎn)實(shí)際情況,決定根據現場(chǎng)鋼結構的中線(xiàn)作為玻璃分縫的主要依據。以各方向鋼結構桿件的交叉點(diǎn)作為基準定位點(diǎn),在點(diǎn)位上焊接定位鋼筋作為玻璃龍骨安裝位置的依據,防止采用傳統彈線(xiàn)方法時(shí),因墨線(xiàn)在防銹漆噴涂過(guò)程中被覆蓋而無(wú)法施工。 2)龍骨安裝。依據放線(xiàn)定位的玻璃分格線(xiàn),進(jìn)行龍骨安裝。先安裝弧形底座,實(shí)現角度調解,復核標高合格后安裝龍骨,保證了龍骨按弧線(xiàn)排布。 圖6-1支座安裝節點(diǎn) 3)玻璃板塊安裝:龍骨安裝調試驗收合格后進(jìn)行玻璃板塊的安裝?,F場(chǎng)安裝時(shí),要先分清玻璃板塊的標號,確定無(wú)誤后再進(jìn)行玻璃板塊的調運安裝,各小組在工作中做好相互配合和交底工作。每一個(gè)曲面分區在安裝施工完成進(jìn)行報驗,合格后開(kāi)始填縫打膠,待整個(gè)面板安裝工作完成后打膠工作也基本完成。 7.結論 網(wǎng)殼結構造型優(yōu)美,線(xiàn)條簡(jiǎn)潔,極致超薄,讓人看得賞心悅目,備受廣大設計師的青睞,如何深化網(wǎng)殼結構的精細度,精準施工,確保多曲面結構的安全穩定性和曲面弧度流暢及美觀(guān)度,本文總結以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù): (1)BIM技術(shù)分析構建模型,優(yōu)化桿件尺寸,端面坡口設計、焊縫角度; (2)三角型組拼焊接,變化節點(diǎn)標高實(shí)現曲面效果; (3)鉸支座設置調平板和微調板保證圈梁的基準標高精準性; (4)迎合曲面效果,設計階梯型操作平臺,施工更加便捷; (5)玻璃龍骨半圓形底座設計,實(shí)現玻璃角度的微調,保證曲面玻璃的流暢性。 參考文獻: [1] 鋼結構工程施工質(zhì)量驗收標:GB50205-2020[s],北京,中國計劃出版社,2020. [2] 建筑結構荷載規范:GB5009-2012[s],北京,中國建筑工業(yè)出版社,2012. [3] 建筑施工安全檢查標準:JGJ 59-2011,北京,中國建筑工業(yè)出版社,2011. [4] 建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規范:JGJ130-2011,北京,中國建筑工業(yè)出版社,2011.
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行業(yè)研究
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