1 工程概況

    新能源研究院工程由武漢市政府和華中科技大學共同組建，工程在設計上結(jié)合武漢氣候特點，綜合利用現(xiàn)有風能、水能及太陽能等多種節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)，以期實現(xiàn)在日照充足的情況下“零”常規(guī)能源供應的目標。工程主塔樓地下 1 層、地上 17 層，建筑總高度為 127. 9m，整體造型似一朵綻放的“馬蹄蓮花”，是目前國內(nèi)最大的仿生建筑(見圖 1)。塔樓外立面幕墻由玻璃幕墻、鋁格柵幕墻和雙曲鋁板幕墻 3 部分組成，挑檐位置的雙曲鋁單板幕墻最大懸挑出主體混凝土結(jié)構(gòu)約 21m，安裝最高點近 110m，且鋁板板塊大，在國內(nèi)外建筑工程中均屬罕見。而且，雙曲鋁單板是安裝在呈 24°傾角的花冠形鋼結(jié)構(gòu)桁架上，對安裝措施提出了很高要求。

    2 特點、難點分析

    1)工程造型新穎，挑檐超大雙曲鋁單板安裝高度高、懸挑距離遠。

    2)鋁單板安裝在呈 24°傾角的鋼結(jié)構(gòu)屋架上，精度不易控制，且周邊裙樓已施工完成，無法搭設施工平臺，安裝難度大。

    3)高空安裝，安全風險大。

    3 設計方案優(yōu)化

    根據(jù)現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過多個方案篩選、嚴密計算、方案洽商和專家論證，最終決定采用單元式

大板塊的安裝方法，此方法是對常規(guī)的單元式吊裝及框架式吊裝兩種方法的有效結(jié)合。根據(jù)工程造型特點，通過計算機三維放樣，以軸線為單位，將整體挑檐鋁單板分解成48 塊(最大板塊:6m×13m，質(zhì)量2100kg;最小板塊:6m×4.8m，質(zhì)量775kg)，提取板塊模型圖，通過坐標系轉(zhuǎn)換，繪制大板塊龍骨加工圖，在地面完成大板塊的龍骨和鋁板拼裝，然后進行板塊整體吊裝、定位及焊接，確保施工速度及安裝效果。

    4 優(yōu)點分析

    本工程挑檐雙曲鋁單板板塊大、安裝高度高、懸挑距離遠，常規(guī)的單元式安裝方法廠家可加工的鋁板尺寸有限，無法滿足本工程板塊大的需求;對于框架式安裝方法，受安裝高度及周邊裙樓的影響，無法搭設操作平臺，也無法滿足施工需求。單元式大板塊安裝方法對以上兩種方法進行了有效結(jié)合，按照框架式安裝方法在地面上進行大板塊拼裝，然后對拼裝好的單元板塊進行整體吊裝的設計，成功解決了該項施工難題。其具體優(yōu)點如下。

    1)采用計算機三維放樣，板塊龍骨按軸線整體定型，更能有效控制尺寸偏差，為整體施工效果控制打下基礎(chǔ)。

    2)板塊全部在地面拼裝，與高空作業(yè)相比，操作人員能更好地控制龍骨與面板的拼裝、焊接質(zhì)量，為雙向曲面的順滑度等效果控制提供便利條件。

    3)大板塊的定位、拼裝、焊接等主要工序從高空轉(zhuǎn)移至地面進行，一方面能有效降低高空作業(yè)的施工安全風險，另一方面可以采用多場地同時拼裝和多點位同時吊裝的方式，加快施工進度，縮短工期。

    4)單個板塊的尺寸大，板塊的總量少，可以有效減少板塊定位次數(shù)，降低定位偏差及板塊間拼接的累積誤差，能很好地控制雙曲鋁單板的安裝質(zhì)量。

    5 施工工藝流程

    5.1 加工圖繪制

    由于施工圖為整個屋架的三維模型圖，板塊加工的數(shù)據(jù)均需要從三維模型中提取。完整的板塊加工圖繪制經(jīng)過以下幾個過程。

    1)板塊原始數(shù)據(jù)提取 按照板塊分割單位，從挑檐鋁單板整體模型中提取板塊模型圖。

    2)坐標系轉(zhuǎn)換 板塊空間結(jié)構(gòu)斜向高差大，不利于板塊加工，通過轉(zhuǎn)換坐標系將加工圖從立式轉(zhuǎn)換為水平式。

    3)主龍骨放樣圖繪制 根據(jù)轉(zhuǎn)換后的模型圖，提取主龍骨放樣圖，并進行尺寸標注。

    4)龍骨組裝定位圖繪制 將轉(zhuǎn)換后的模型圖導入 Auto CAD 中，進行龍骨各控制點坐標標注，最終形成板塊加工圖。

    5. 2 龍骨制作安裝

    1)場地搭設 在各板塊吊裝區(qū)域搭設拼裝平臺。

    2)板塊龍骨制作 根據(jù)龍骨放樣圖制作板塊主龍骨及橫龍骨。

    3)板塊龍骨組裝 先根據(jù)板塊加工圖控制點坐標值對主龍骨進行定位，然后從起始控制點開始進行橫龍骨的連接。

    4)吊裝龍骨設置 在中縫主龍骨上方焊接鋼方通，形成 300mm 高桁架結(jié)構(gòu)，加強板塊縱向剛度;在板塊背面焊接 50mm ×5mm 鍍鋅方鋼管斜向剪刀撐，加強板塊橫向剛度;斜撐與板塊龍骨相交處全部采用焊接;卷揚機及汽車式起重機吊點根據(jù)需要設置在吊裝專用龍骨上。

    5.3 雙曲面鋁板安裝

    1)以角點板為起點，按照先橫后縱順序安裝；鋁板通過自攻自鉆螺釘與龍骨連接。

    2)板塊折邊采用螺釘對穿連接，以保證板塊拼接的平整度。

    5.4 外蓋板安裝及打膠處理

    1)板塊拼裝完成后，在豎向分縫位置安裝外蓋板，包括鋁合金蓋板和圓弧鋁板柱。

    2)頂端第1塊外蓋板采用鋁板封頭，此工序在加工廠完成。

    3)蓋板與鋁板接縫處、裝飾柱與鋁單板接縫處采用膠縫處理。

    5.5 板塊吊裝

    施工步驟為:板塊釋放、轉(zhuǎn)移→板塊提升→板塊定位、固定。

    5.5.1 板塊釋放及轉(zhuǎn)移

    1)板塊與支架是整體，吊裝前采用汽車式起重機完成釋放工作。

    2)提升吊鉤，當板塊與支架達到分離臨界狀態(tài)時停止提升，然后逐點拆除支架對穿螺栓，逐步釋放板塊與支架的連接。

    3)待板塊全部釋放后，提升板塊至懸空狀態(tài)，然后觀察板塊是否出現(xiàn)塑性變形，若無就開始板塊轉(zhuǎn)移。

    4)通過汽車式起重機將板塊水平轉(zhuǎn)移至作業(yè)點正下方。

    5.5.2 板塊提升

    1)板塊轉(zhuǎn)移至作業(yè)點下方后，將卷揚機吊鉤與板塊預設吊點連接，進行板塊提升。

    2)待板塊全部由卷揚機著力之后，解除汽車式起重機吊鉤，開始向上提升板塊，提升過程中保持板塊水平。

    3)板塊臨時連接。待板塊提升至安裝點時，卷揚機停止工作，然后通過手拉葫蘆與板塊預設吊裝環(huán)連接，形成臨時連接。與此同時，卷揚機吊鉤不脫鉤。

    5.5.3 板塊定位

    1)板塊就位后通過微調(diào)手拉葫蘆對板塊位置進行定位。

    2)板塊定位參照點設置在板塊四邊，長邊設置3個參照點，短邊設置2個參照點。

    3)根據(jù)參照點與鋼結(jié)構(gòu)桁架相對關(guān)系確定參照點微調(diào)空間范圍。

    4)最終以板塊外飾面拼接效果為依據(jù)確定板塊的最終定位點。

    5.5.4 板塊固定

    1)板塊定位完成后，用方鋼管將板塊與主鋼構(gòu)上弦桿焊接固定。

    2)板塊固定時，應順應板塊原弧度尺寸，盡量避免手拉葫蘆強力拉拽等方式強制裝配，以減小板塊整體變形。

    6 質(zhì)量控制措施

    6.1 板塊拼裝質(zhì)量控制板塊拼裝質(zhì)量作為施工質(zhì)量的基礎(chǔ)及源頭應做重點控制，其控制內(nèi)容主要包括加工圖準確度復核、加工過程質(zhì)量監(jiān)控及板塊驗收等方面。

    1)加工圖復核 板塊加工圖繪制的整個過程包括多個圖形處理環(huán)節(jié)，出錯概率較大，為確保最終加工圖與模型圖的一致性，加工圖在用于指導施工之前需由技術(shù)負責人進行復核。

    2)旁站監(jiān)督 板塊在拼裝過程中，由管理人員旁站監(jiān)督，對龍骨加工的精度、龍骨組裝的誤差、鋁板安裝的順滑度等方面進行過程監(jiān)控。

    3)板塊驗收 板塊吊裝之前，項目部應進行自檢，并請監(jiān)理、業(yè)主單位進行板塊驗收，驗收合格后方可用于吊裝。

    6.2 板塊定位質(zhì)量控制

    由于現(xiàn)場條件限制，板塊定位采用非完全精確定位方式，主要參照依據(jù)是鋼構(gòu)桁架及連系桿的空間位置。為保證整體安裝質(zhì)量，必須重點控制板塊定位精度。

    1)預留調(diào)節(jié)空間

    板塊固定時，先固定上邊、下邊及主桁架所在豎向邊；第4邊待相鄰板塊安裝完成后，統(tǒng)一調(diào)整進場尺寸再固定，保證板塊拼接時的平整度。

    2)接縫順滑度控制

    檐口向下兩塊鋁板的豎向接縫無裝飾柱封閉，板塊固定時，從檐口開始向下逐點連接，確保拼接的順滑度。

    6.3 成品保護

    1)鋁板搬運過程中用海綿鋪墊小車，避免材料表面油漆磨損。

    2)板塊整體拼裝完成后再撕掉鋁單板保護膜。

    3)板塊拼裝完成后，四周設置防護桿，防止鋁板被撞擊損壞。

    7 結(jié)語

    由于建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，采用單元式大板塊安裝方法可以解決雙曲鋁單板板塊大、安裝高度高、吊裝措施難、安全風險高等難題，經(jīng)專家論證后實施，保證了施工質(zhì)量和安全，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。本工程創(chuàng)造了同類工程造型最獨特、技術(shù)難度最復雜的先例，可為類似工程提供良好借鑒。