【精彩論文】超曲面雙層金屬幕墻在工程中的應(yīng)用（吳旭東）

　　2)面板加工圖量大面板規(guī)格多,尺寸、夾角各異,由于面板規(guī)格達(dá)到數(shù)萬塊,且工期緊迫,必須找到高效、精確的方式保證面板下料,通過分析,盡管尺寸規(guī)格各異,但有超過3/4的蜂窩板面板均為三角形板塊,可通過在三維模型中將面板分格尺寸統(tǒng)計(jì)出來,通過編制EXCEL函數(shù)扣縫算出三邊加工尺寸及副框加工角度；

　　3)檐口加工長度約4米的鋁單板軌跡為樣條曲線此軌跡只能做到無限近似卻做不到完全重合,而鋁單板的平滑度將嚴(yán)重影響視覺效果,為此在做鋁單板加工圖前需整體建模,廠家以做磨具的標(biāo)準(zhǔn),精雕細(xì)琢做鋁板(如圖3,2)；

　　4、金屬屋面系統(tǒng)支撐方案的確定
　　1）超曲屋面的面板調(diào)節(jié)
　　屋面裝飾面板為20mm厚蜂窩板，均為三角形板塊，最經(jīng)濟(jì)且可靠的固定方式就是在三角形板塊頂點(diǎn)固定，但每個(gè)頂點(diǎn)處大多數(shù)都有六塊面板,且每塊板均不共面,因此實(shí)現(xiàn)多面可調(diào)是必須的,為此研制出了萬向調(diào)節(jié)器(如圖4.1),有效解決了多面調(diào)節(jié)問題。

　　2)外層蜂窩板支座與直立鎖邊夾持支撐方式的確定。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,屋面最大風(fēng)荷載為2.86KN/㎡,經(jīng)過精確的風(fēng)荷載計(jì)算,確定支撐系統(tǒng)的單點(diǎn)受力最大為16,6KN,而直立鎖邊屋面廠商提供的最大的單點(diǎn)受力為1KN,并在國家大劇院項(xiàng)目上成功運(yùn)用。面對(duì)這個(gè)問題是改變蜂窩板支撐系統(tǒng)還是改變屋面主體構(gòu)造形式?

　　國家大劇院項(xiàng)目是規(guī)則的球型屋面系統(tǒng),為降低單點(diǎn)受力過大,該項(xiàng)目采用環(huán)向龍骨布置方式,所有面板受力平均分布在環(huán)向龍骨上(如圖4,2),但經(jīng)過研究,此方案不適合世博文化中心項(xiàng)目。第一,世博文化中心的屋面是個(gè)不規(guī)整的超曲面系統(tǒng),環(huán)向龍骨的構(gòu)造形式無法滿足所有外側(cè)面板安裝;第二,對(duì)這個(gè)亞洲最大跨度的屋面鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng),環(huán)向龍骨布置方式對(duì)工程造價(jià)及屋面局部支撐荷載過大；第三,之前為此工程所做的所有設(shè)計(jì)工作均需改變,時(shí)間不允許。因此只有對(duì)現(xiàn)有屋面支撐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化及改善,以滿足現(xiàn)有工程的需要。

　　經(jīng)過研究及理論推理,屋面板極限承載力還有潛力可挖,但這種推理還需要通過權(quán)威的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。為此我們確定了三種測試方案:兩點(diǎn)支撐,四點(diǎn)支撐,滑槽連接方式;擴(kuò)大直立鎖邊板受力范圍,盡可能模擬真實(shí)的屋面板受力情況9并送相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行拉拔測試。

　　試驗(yàn)結(jié)果:采用直立鎖邊廠家自身系統(tǒng)固定支座兩點(diǎn)測試抗拉力至11.2KN9四點(diǎn)試驗(yàn)測試至19.3KN直立鎖邊板沒有發(fā)生破壞,而根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)計(jì)算板塊單點(diǎn)抗拉最大荷載為16,6KN；

　　據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果及風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù),上下殼受力區(qū)域可簡化為:<9KN區(qū)域和≥9KN區(qū)域(如圖4.3、圖4.4)

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及受力分布區(qū)域?qū)ξ菝娣涓C板做出如下兩種支撐方案:

　　①、支點(diǎn)受力(9KN區(qū)域,采用兩點(diǎn)支撐(如圖4.5)；

　　②、支點(diǎn)受力≥9KN區(qū)域,采用四點(diǎn)支撐(如圖4.6)；

　　5、金屬屋面系統(tǒng)施工難點(diǎn)分析
　　1)超曲面的造型給現(xiàn)場施工控制提出更高的要求如何保證現(xiàn)場施工完全符合設(shè)計(jì)理論是個(gè)大問題,現(xiàn)場放線不可能每塊板三頂點(diǎn)都放線,為了達(dá)到理論與可操作性的平衡,最終通過221個(gè)關(guān)鍵坐標(biāo)控制點(diǎn)來反饋上下殼理論與實(shí)際的吻合程度,做到可控、可調(diào)；

　　2)下殼防水鋁鎂錳屋面板及外裝飾蜂窩板的安裝需要超常規(guī)方法下殼為大斜面懸挑結(jié)構(gòu),考慮到工程工期短,各單位多交叉作業(yè),甲方不允許滿堂腳手架施工,經(jīng)過反復(fù)論證通過特制可活動(dòng)吊架完成大面幕墻施工作業(yè),局部采用高空作業(yè)車施工(如圖5.1)。

　　3)下殼直立鎖邊屋面支撐鋼架的吊裝由于工期緊迫,在主體鋼構(gòu)吊裝未完畢的情況下,為贏取時(shí)間,防水直立鎖邊板內(nèi)部次龍骨需在地面制作成榀,然后進(jìn)行整體吊裝,而10mX10m的鋼架吊裝,精確定位是關(guān)鍵。

　　4)屋面板施工,鋁焊是關(guān)鍵 由于本工程屋面的面積大,一旦焊接不到位或是不嚴(yán)格按工藝進(jìn)行施工,則極容易造成屋面漏水或引發(fā)火災(zāi)。為此,施工人員特別制定了控制各相交節(jié)點(diǎn)和水槽的施工方案。在天溝的接縫、接頭處,包括直立鎖邊板的連接部位做滲水試驗(yàn),防止漏水現(xiàn)象的發(fā)生。為防止因伸縮變形撕裂鋁焊位置,需對(duì)焊縫位置面板伸縮進(jìn)行控制(如圖5.2)。

　　6、結(jié)束語
　　本工程是2010年上海世博會(huì)“一軸四館”永久性場館之一,因其獨(dú)特的空間造型給設(shè)計(jì)、施工帶來了極大的挑戰(zhàn),在各方的精誠協(xié)作下,經(jīng)過一年多的日夜奮力拼搏,上海世博文化中心終于如一顆璀璨的明珠,綻放在世人的眼前,為實(shí)現(xiàn)一屆完美、精彩的世博會(huì)貢獻(xiàn)了一份力量。

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