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双曲金属屋面的施工技术——鄂尔多斯博物馆金属屋面的施工

来源:2011年会论文集  作者:王德勤  日期:2011-4-26
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提要:异形建筑在国内大量涌现,挑战了建筑设计和施工技术,施工技术的高低决定着异形建筑的效果和质量,适宜的测量及安装方法和技巧,既可以大大地节省人力、时间,显著提高工作效率,同时也能把设计师的设计效果完美地展现出来。我们在鄂尔多斯博物馆金属屋面及幕墙工程的施工过程中,总结了一整套针对双曲异型金属屋面及幕墙工程的施工技术,在本文中介绍的是异形建筑测量技术和在施工过程中如何对主体支撑结构变形量控制和监测部分。
关键词:鄂尔多斯博物馆,异形建筑 , 金属屋面构造,  测量控制网, 施工测量定位。
  由于整个屋面均为双向曲面,各工序穿插施工,振动较大,顶面不宜架设仪器,为了提高施工质量和速度及防止人工拉线定位产生较大偏差,我们用0.3㎜厚宽的铁皮,制作了宽400㎜长30米的几块T码放样板,只要把它展平铺在安装好的镀锌底板上,靠在T码基准线上即可画出在任何曲面上间距都是400㎜的T码线,这既保证了安装精度又成倍提高了施工速度。

  2.5 弧形铝檩条定位测量
  本工程建筑造形外表面为一个三维空间双曲面,鄂尔多斯博物馆建筑的整体外形是由多个不规则的双曲面体形有机顺滑的集合成一个不规则的异型体,屋面形状复杂。壳体变化大,各部分双曲面的曲率半径相差极大,而屋面要求外挂装饰铝板,这种类似的建筑在国内极为少见。

  由于其体型和功能的要求,对金属屋面来说,其设计与施工的难度很大,必须结合实际工程情况采取特殊的、能够适应本项工程的结构,节点设计和施工工艺方案才能顺利完成本项工程。主要体现在:一般情况下,对于一条弧线,用直线段拟合时,弧线曲率半径与直线段长度相差越小时,拟合误差较大,反之拟合误差较小。对于本工程,曲率半径变化较小的部位,由于装饰铝板分片与曲率半径相差很大,平铺即可满足要求;曲率半径变化较大的部位,由于不同部位母线长度相差较大,装饰板标准分片与曲率半径相差较小,拟合形状误差很大, 因而要求装饰铝板的分片和连接件能适应屋面的变化,这就造成分片较多,且每一块大小、尺寸、形状均不一样。见图2.5.1

  在屋面防水板安装结束后,利用防水面板的高直立边肋作为面层铝合金装饰板的支撑端,并采用弧形铝合金管作为面层装饰板的过渡性连接支承檩条。弧形铝合金管的布设位置是按装饰板(带)的布置曲线来确定的(按板带的中心线布设弧形铝合金管)。当弧形铝合金管按设计要求安装到位后,利用专用的连接夹紧件,再将在工厂里制作成型的装饰面板连接在铝合金支撑管上并调整到位。见图2.5.2.
  顶面装饰铝板呈不规则圆圈状,立面呈不规则起伏状,(见图2.5.3;图2.5.4所示),这就要求铝管檩条的定位必须准确,才能达到设计效果,否则,将出现角对不齐、缝不均匀、线形不平滑的怪形状。为此,顶面和立面分别进行测量定位。

  为了准确控制好铝管檩条的位置,需要做大量的内业工作,以顶面装饰铝板中心板的中心为圆心,以间隔5°平分360°整圆,得到72条辐线,并把72条辐线延长至地面控制网DD1~DD8的连线上得交点A1~A72,(如图2.5.5所示)。顶面就在圆心上架设仪器进行全部铝管檩条的定位测量,立面就在交点(A1~A72)上分加架设仪器进行立面铝管檩条的定位测量。

  在北面塔楼顶层楼面上,利用百页或天窗位置,把控制点导至屋顶面(铝镁锰防水板上),测出圆心点。用方通和厚林板在屋顶面制作2个测量平台,把其中一个测量平台抬至圆心上,并架设仪器,对视好要放样的辐线后水平制动,根据所计算的铝管檩条中心线至圆心的距离,即可放出铝管檩条定位点,依此类推,完成所有顶面铝管檩条的定位测量。

  在辐线与外围控制网的交点(A1~A72)上架设仪器,对视好圆心后水平制动,根据所计算的铝管檩条中心线高程,即可放出立面铝管檩条定位点,依此类推,完成所有立面铝管檩条的定位测量。见图2.5.6
  2.6 其它构造定位测量
  本金属屋面工程顶面有屋面天窗、百页、排水沟,立面有入口和造型构造,这些构造若按理论模型进行构造设计,将产生一定的偏差,使得构造外形达不到设计效果,甚至有些节点无法落在网壳结构杆件上。所以,我们对所有这些构造位置的网壳结构节点进行三维坐标实测,并把此测量数据反馈给设计工程师,设计工程师根据实测坐标进行相应构造的细化设计,这就既能保证达到设计的外形效果,也不致出现构造节点落空和与其它工序结构错位打架的现象。

  3 施工过程中对主体支撑结构变形量控制和监测
   鄂尔多斯博物馆金属屋面支承部分为钢结构网壳结构,屋面天窗作为采光、通风、排烟等功能,既能起到美化造型,又能把各种功能集于一处。如若室内面积较大,屋面天窗面积就受采光、通风、排烟等诸多因素的制约,结构变形更是让人头痛。

  鄂尔多斯博物馆东北侧和西南侧各有一个大面积天窗,东北侧的是大堂天窗,西南侧的是办公区天窗,见图3所示。我们对这两个天窗在安装玻璃前后,进行了变形测量,在此把它整理出来,通过实例给各位同行提供一个参考。

  3.1 网壳结构
  网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构,系以杆件为基础,按一定规律组成网格,按壳体结构布置的空间构架,它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等,国内自80年代中期以来,网壳结构发展异常迅速,其稳定性问题遂成为研究热点领域之一。本工程中,网壳结构所用材料为Q345B,杆件规格为φ159×8 、φ168×8,局部加强用φ168×10或φ180×12,节点绝大部分呈“ 水”字形,如图3.1。

  3.2天窗结构
  天窗的结构固定于网结构上,采用160×80×6、120×80×4方通作桁架,玻璃规格为12+12A+8+1.52PVB+8钢化中空LOW-E夹胶玻璃,在桁架安装完毕且未安装玻璃,就对其上弦标记点使用免陵镜全站仪进行三维坐标测量;玻璃安装后未打胶前再次对标记点进行测量,通过两次测量,就能计算出变形数据,如图3.2.2向所示。

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