论文 | 宁波杭州湾海泉湾项目采光顶空间网壳结构施工技术要点
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2024-10-22 12:30
北京
宁波杭州湾海泉湾项目采光顶位于本项目商业屋顶，采光顶主体为空间网壳结构，分为两个区域，分别为一号采光顶及二号采光顶屋面。现场操作空间狭小，测量精度要求高，施工难度大。本工程采用在地面拼装整体多点同步提升的方法，代替了传统的搭满堂脚手架高空拼接方法，不仅占用场地少，而且节约了施工措施费，同时保证了施工过程中的安全。采光顶钢结构整体提升就位后，采用三维扫描仪整体扫描组建BIM模型，根据现场实际结构数据模型进行面板的下单加工和安装，大大提高安装精度和质量。
近年来，随着城市商业综合体的的快速发展，建筑规模日益恢弘、庞大，大跨度网壳钢结构采光顶已成为现代商业建筑群的特色。钢结构采光顶一般主要由钢网壳、边梁组成，由于场地狭窄及结构复杂性，如何确保钢结构加工精度、拼装精度并且占用场地少，是保证本项目采光顶顺利完成的重要课题。 项目采光屋面位于商业屋面中部，分别为1号采光顶及2号采光顶，为网壳钢结构，面板为玻璃（部分为彩釉玻璃）和保温一体铝板交叉配置，其中玻璃面板配置为：6TP+12A+6HS+1.52PVB+6HS中空夹胶Low-e玻璃，保温一体板配置为：32mm（内外为2mm氟碳喷涂铝单板）。 一号采光顶为不规则外凸六边型，底部标高18.025m混凝土梁上设置29个成品铰支座支承点，周边18.850标高处为一圈∅500x20的圆管梁(GL-01)，顶部为弧形□250X130X12方管梁(GL-02)。最高处标高为22.210m。钢结构总重108吨，最大跨度33.60m。 二号采光顶为不规则多边型，底部标高18.025m混凝土梁上设置28个成品铰支座支承点，周边18.850标高处为一圈∅500x20的圆管梁(GL-01)，顶部为弧形□250X130X12方管梁(GL-02)。最高处标高为22.050m。钢结构总重92吨，最大跨度34.10m。 效果保障：顶部为弧形□250X130X12方管梁(GL-02)均为精致钢，代替了传统冷弯钢管的外包型材或铝板，减少安装工序的同时保障了视觉效果，另外精致钢交叉六边形节点均为精致钢工厂提前加工制作成品。 精度保障：考虑到钢龙骨的焊接吊装的误差，节点设计时铝合金次龙骨与钢龙骨之间预留20mm空隙，实现±20mm误差调节，提高安装精度。 防水保障：采光顶面板之间打胶时候均采用双道注胶工艺，杜绝了雨水渗透的可能性，同时内侧铝合金龙骨设置集水槽设计，避免了冷凝水的滴水的现象。 除支座环梁及周边部分杆件外，其余屋面梁在地面上进行拼装，在11.700m标高混凝土梁顶及先行安装的环梁上安装提升架及相应液压提升设备，将拼装好的钢结构整体提升至设计标高，利用吊车将提升屋架与支座间的剩余梁补装到位。最后卸载并拆除提升设备，完成钢结构的施工。此方案将屋面梁的大量拼装、焊接工作放在地面上进行，安装工期短，质量有保障。液压同步提升工艺技术成熟，安全可靠。 如除钢网壳(GL-02)全部整体提升，钢结构吊装过程中部分会与二层三层土建结构梁冲突，因此吊装冲突部位进行高空就位后现场补杆，示意如下： 本工程通过Rhino建模,导出构件模型、分布、尺寸、加工明细等详细信息，确保实现精准加工，减少构件返工量。 本工程网壳下弦中心标高均为根据现场结构特点、支座布置情况选定提升架及提升点，如下图所示，1号采光顶及2号采光顶均布置8个提升架及提升点。 为了减小拼装过程中的积累误差，钢结构的组装应从中心开始，扩展组装纵横轴，随时校正尺寸，认为无误时方能从中心向四周展开，其要求对角线（小单元）允许误差为±3mm，整体纵横的偏差值不得大于±2mm。整体下弦组装结束后对几何尺寸进行检查，必要时应用经纬仪校正同时用水平仪抄出各点高低差进行调整，并作好记录。为了便于施工，提高工程进度，所有杆件可根据图纸对号入座，搬运到位。中心钢结构全部组装结束后，经测量无超差的基础上进行组装，拼装次序为从中心开始组装，随时检查纵横轴线的几何尺寸，并进行校正，然后向四周组装。 首先根据图纸中六边形节点的定位尺寸及起拱值求出六边形节点的Z坐标和高差，再根据六边形节点的大小在地面上固定80x60x4mm支撑方管，采用塔尺复核每个支撑方管的标高，并分别测定支撑点中心十字线，确定六边形节点的位置，并连接拼装节点间支撑杆件，形成一个小单元作为基准控制单元。 根据结构受力情况配置提升设备，主要配置TLJ-600型提升器， TLJ-600型液压提升器额定提升能力为60t，最多可配置4根钢绞线，钢绞线规格为1×7-17.8mm。钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度为1860MPa，单根直径为17.80mm，破断拉力不小于360kN。 提升过程通过泵站以及计算机操作系统保证各点压力准确，计算机操作界面可显示各提升吊点油缸压力值以及各提升吊点位移行程值。 同步控制系统是由计算机、动力源模块、测量反馈模块、传感模块和相应的配套软件组成，通过CAN串行通信协议组建局域网。它是建立在反馈原理基础之上的闭环控制系统，通过高精度传感器不断采集设备的压力和位移信息，从而确保油缸能顺利工作。 通过试提升过程中对网架结构、提升设施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。 以计算机仿真计算的各提升吊点反力值为依据，对网架钢结构单元进行分级加载（试提升），各吊点处的液压提升系统伸缸压力应缓慢分级增加，依次为20%、40％、60％、80％；在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90％、95％、100％，直至钢结构全部脱离拼装胎架。 在分级加载过程中，每一步分级加载完毕，均应暂停并检查如：上吊点、下吊点结构、网架结构等加载前后的变形情况，以及主楼结构的稳定性等情况。一切正常情况下，继续下一步分级加载。 当分级加载至结构即将离开拼装胎架时，可能存在各点不同时离地，此时应降低提升速度，并密切观查各点离地情况，必要时做“单点动”提升。确保网架网架钢结构离地平稳，各点同步。 钢结构单元离开拼装胎架约100mm后，利用液压提升系统设备锁定，空中停留12小时以上作全面检查（包括吊点结构，承重体系和提升设备等），并将检查结果以书面形式报告现场总指挥部。各项检查正常无误，再进行正式提升。 用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差。通过液压提升系统设备调整各吊点高度，使结构达到水平姿态。 以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器。在结构整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高附近。 整体提升施工过程中，影响构件提升速度的因素主要有液压油管的长度及泵站的配置数量，按照本方案的设备配置，整体提升约度约10米/小时。 结构在提升及下降过程中，因为空中姿态调整和杆件对口等需要进行高度微调。在微调开始前，将计算机同步控制系统由自动模式切换成手动模式。根据需要，对整个液压提升系统中各个吊点的液压提升器进行同步微动（上升或下降），或者对单台液压提升器进行微动调整。微动即点动调整精度可以达到毫米级，完全可以满足钢结构单元安装的精度需要。 结构提升至设计位置后暂停；各吊点微调使钢结构杆件精确提升到达设计位置；液压提升系统设备暂停工作，保持结构单元的空中姿态稳定精准。 进而将支座与提升部分钢结构间的杆件补装完成，完成所有对接点的焊接，使得提升部分钢结构网壳单元与支座钢结构连接形成整体网壳结构体系。 已拼装完成顶面结构提升就位后，采用S-80蜘蛛式高空施工平台（设备最大施工高度26.38m，施工作业面与首层楼面相对高差约20m）进行补杆作业，利用卷扬机、手拉葫芦进行杆件提升，将后补杆件安装就位。 后装杆件全部安装完成后，进行卸载工作。按计算的提升载荷为基准，所有吊点同时下降卸载10％；在此过程中会出现载荷转移现象，即卸载速度较快的点将载荷转移到卸载速度较慢的点上，以至个别点超载。因此，需调整泵站频率，放慢下降速度，密切监控计算机控制系统中的压力和位移值。万一某些吊点载荷超过卸载前载荷的10％，或者吊点位移不同步达到10mm，则立即停止其它点卸载，而单独卸载这些异常点。 卸载时也为同步分级卸载，依次为10%，20%，40％，60％，80％，在确认各部分无异常的情况下，可继续卸载至100％，即提升器钢绞线不再受力，结构载荷完全转移至基础，结构受力形式转化为设计工况。 待液压提升系统设备同步卸载至钢绞线完全松弛，拆除液压提升系统设备及相关临时措施，完成钢结构单元的整体提升安装。 本项目钢结构网壳采光顶为曲面造型设计，对玻璃板块的尺寸精度要求极高，按设计尺寸加工极可能无法匹配实际网壳尺寸，造成材料浪费，因而采用“实测实量，据实加工”工艺流程进行材料组织。 待主体钢结构提升就位并焊接固定，借助三维扫描仪对主体钢结构进行整体扫描，三维扫描仪具备较高的扫描效率，每秒可完成48万次激光点阵测量，形成三维扫描点阵云模型，经由多点位交叉测量获取主体钢结构精确尺寸，并完成三维点阵云模型自动拼接，导出钢结整体模型。 基于主体钢结高精度Rhino模型（精度可达0.02~0.05mm），辅助进行铝合金附框及玻璃面板等后续安装材料的下单工作，由于玻璃面板等材料具备一定自重，在BIM软件中模拟钢结构完工状态实际受力形变，基于形变后钢结构模型尺寸进行玻璃面板的下料加工。 基于优化模型加工的玻璃面板与主体钢结构尺寸高度契合，有效保障了采光顶系统的施工精度、防水性能及视觉效果。 为保障主体钢结构均匀受力，避免局部应力集中导致钢龙骨网壳不可控形变，基于过往类似网壳采光顶施工经验，玻璃面板等较重材料均采用自中心向四周辐射的方向进行安装。 本工程通过施工前建模、过程中全站仪测量控制、完工后三维扫描，保证所有加工构件能够精准下料，轴线及标高偏差能够控制在允许范围内，并通过整体提升法加快了施工进度，合理设计卸载措施，确保了结构的安全，同时兼顾平面布置和经济性的要求，对其他类似钢结构施工安装施工提供了技术借鉴。![]()
