超大型雙曲面鋁條板吊頂在某機場航站樓的應用

梅啟旺

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，我國近幾年來興建了許多如航站機、會展中心等大型建筑。大空間建筑天花吊頂設計及施工都面臨著很大的挑戰(zhàn)，大部分都是采用大曲面網(wǎng)架的屋面結(jié)構(gòu)形式，下弦的吊頂技術(shù)也得到不斷提升及創(chuàng)新。本文根據(jù)工程案例，對大型雙曲面鋁條板吊頂?shù)陌惭b施工進行探索。

關(guān)鍵詞：航站樓；雙曲面；天花吊頂；難點及特征

一、工程概況

某機場航站樓主屋面采用大型鋼網(wǎng)架，覆蓋航站樓全部室內(nèi)空間，天花吊頂總面積約14萬m2，見圖1。金屬條形板應用半開放形式，方向為南北方向，貫穿最長為700m。同時采用網(wǎng)架協(xié)調(diào)的三角形安裝單元（金屬條板及后部支撐框架組成）方式，每個單元之間轉(zhuǎn)接件相連并與主體結(jié)構(gòu)相連。

圖1 平面圖

二、吊頂特征與難點

（一）大型空間的曲面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在進行吊頂安裝施工時存在網(wǎng)架變形較大及球節(jié)點有施工誤差、結(jié)構(gòu)過于復雜、測量定位難等特征。

應用三角形單元布置在下弦吊頂，可以適應雙曲面的空間變化，通過六角法蘭將骨架單元與網(wǎng)架球節(jié)點連接并消除球節(jié)點位置不準所造成的施工誤差，當然也可以同時滿足三角形龍骨單元隨著雙曲面空間變化。

天花吊頂施工前需要先對網(wǎng)架球節(jié)點認真測量，分段或分區(qū)域找好龍骨吊桿的固定位置，讓主龍骨所組成的三角形吊頂單元與屋面網(wǎng)架一致，同時盡可能地減少規(guī)格型號以利于施工。

（二）本工程吊頂為雙曲面，規(guī)模及氣勢較大，在施工方面體現(xiàn)出了施工工藝先進、速度快、精度高、工作效率高、質(zhì)量容易保證等特征，充分體現(xiàn)了新材料、新技術(shù)的應用價值。

三、吊頂系統(tǒng)施工組織設計

總體吊頂設計思路：主屋面吊頂由加工廠預制三角形單元板塊，連接構(gòu)件與網(wǎng)架球點固定好單元框架，在連接上可以三維調(diào)節(jié)，比較適用于本大型項目不同固定條件。龍骨框架上部與節(jié)點一直維持垂直固定，底部隨著房頂?shù)那市D(zhuǎn)，鋁板條通過支架與單元龍骨框架固定在一起。在平面投影圖上，板條被設置成整齊間距，它與結(jié)構(gòu)布置網(wǎng)格和柱位置一致，該平面圖上的位置應投影到吊頂?shù)脑O計曲面表面上。每條吊頂板能從吊頂安裝單元上方便地拆卸，每個吊頂三角形單元能整體拆卸，以便進行維護和更換。

四、施工技術(shù)要點及解決措施

（一）工藝流程

施工圖紙深化→鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)高程測量→吊頂定位放線→吊頂?shù)鯒U組件安裝→吊頂骨架拼裝吊裝→隱蔽工程驗收→天花吊頂面板安裝→面板調(diào)平→清洗→施工驗收。

（二）測量難點解決措施

由于工程屬于超大型雙曲面，測量存在一定的難度。我們在對設計圖紙進行逐個復合測量各個球點的標高，計算好吊頂完成面距離球點的垂直距離，這些需要標注在球節(jié)點上作為施工高程的控制點。由于在施工過程中所產(chǎn)生的鋼網(wǎng)網(wǎng)格變化及屋蓋荷載下沉距離，另外還有鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)架產(chǎn)生位移等情況，特別是下沉較大的網(wǎng)架球點，我們需要作好適當調(diào)整吊頂完成面的高程，讓吊頂有足夠的空間距離。

（1）為保證測量精確度，我們還采取了以下解決措施：

①控制及攝影

機場鋼結(jié)構(gòu)平面布置為 Y字形，需測量的網(wǎng)架下弦球點共11300個。首先在平面圖上對每個下弦球節(jié)點進行編號，Y形測量控制線如圖2所示。

圖2 測量控制線示意

應用P31專業(yè)相機，拍攝200張像片中每隔5張像片布設3個像片控制點。為了測定像片控制點的三維坐標在下邊建立三維控制網(wǎng)。

②測定目標點三維坐標

使用解析測圖儀或數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，量測控制點的圖像坐標。光束法攝影測量網(wǎng)平差是根據(jù)共線條件確定圖像空間外方位元素，同時顧及內(nèi)方位元素的攝影測量平差方式。

共線方程：

式中：x，y為圖像坐標；Xs，Ys，Zs為攝影中心坐標；C，Y，Z為目標方（控制點）坐標；a1，a2，a3；b1，b2，b3；c1，c2，c3為圖像空間方位旋轉(zhuǎn)矩陣；x0，y0為圖像主點坐標；f為相機焦距。

③ 精度控制措施

近景攝影測量的精度與攝影距離、相機焦距和攝影基線有關(guān)。若相機焦距為100mm，針對上述攝影方案可?。簲z影距離30m，估算測量精度約3mm；攝影距離50m，估算測量精度約 5mm。顧及控制點精度，總體點位精度約8mm。施工時劃分區(qū)段，將誤差消除在每區(qū)段，以免誤差累積。在設計上，鋼網(wǎng)架下弦球安裝了350mm 轉(zhuǎn)接圓盤，可抵消100mm水平方向誤差，龍骨和轉(zhuǎn)接圓盤間的吊桿可消除豎直方向誤差（見圖5）。

（三）吊頂定位放線方法

該施工工法以工程測量為依據(jù)，先對曲面網(wǎng)架球點三維位置進行測量及計算，得出每個六邊形的實際邊長后再分析該邊長所接近的區(qū)域，構(gòu)成相應三角形單元近似邊長。然后再該區(qū)域內(nèi)通過測量放線找出三角形龍骨吊點的控制軸線，計算主龍骨下料尺寸，通過確定三角形單元主龍骨最接近區(qū)域和連接點構(gòu)件三維方向，消化誤差，從而最大限度地減小龍骨尺寸，方便構(gòu)件批量加工及安裝。測量分區(qū)須將測量誤差在各個分段內(nèi)消耗，不累計，控制軸線始終一致。

（1）

根據(jù)高程控制點，運用

（2）

（四）吊頂?shù)鯒U組件安裝

整個吊頂系統(tǒng)是由吊頂三角安裝單元組裝而成，吊頂單元之間通過六角球面法蘭相連接（圖3）。六角法蘭及吊軸組件連接到屋面鋼網(wǎng)架的下弦球結(jié)點上。

圖3 三角形單元的連接

（1）吊桿與網(wǎng)架上弦球節(jié)點的連接

當?shù)蹴斎前惭b單元交點處沒有下弦球結(jié)點時，此時通過中心吊件與網(wǎng)架球上弦球點連接（圖4）。施工方法是，將焊接支座牢固焊接在網(wǎng)架上弦球上，然后，中心吊件通過三根長度可調(diào)節(jié)的絞桿懸吊焊接支座上，所有連接必須牢固可靠。

圖4吊桿與網(wǎng)架上弦球點連接

（2）吊桿與網(wǎng)架下弦球節(jié)點的連接

吊桿與網(wǎng)架下弦球節(jié)點的連接根據(jù)網(wǎng)架球的不同有兩種不同方式：當網(wǎng)架下弦球為焊接球時，直接在網(wǎng)架球上焊接一個焊接支座，龍骨吊桿直接通過螺栓擰緊在焊接支座上；當網(wǎng)架下弦球為螺栓球時，此時由于不能在網(wǎng)架球上直接焊接，龍骨吊桿焊接在一個轉(zhuǎn)接鋼板上，轉(zhuǎn)接鋼板中心通過螺栓與螺栓球底面的螺栓孔連接（圖5）。螺栓擰入螺栓球內(nèi)長度必須滿足設計和規(guī)范要求。

圖5 吊桿與網(wǎng)架下弦球節(jié)點的連接

（五）吊頂骨架拼裝吊裝

龍骨在安裝前應組裝好，主龍骨截面為三角形，副龍骨截面為菱形，他們之間通過連接件（圖6）組裝成三角形單元，三角形單元水平方向的安裝誤差通過該連接件的伸縮來消化。組裝完成后，將三角形龍骨架體安裝在龍骨吊桿上，龍骨吊桿下先安裝一個六角法蘭，三角形龍骨每一個角與六角法蘭相應的角連接后，用螺栓固定，三角形單元隨曲面的變化和適應網(wǎng)架的運動通過該六角法蘭的三維轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。龍骨安裝完后，必須調(diào)平，使龍骨表面平整度、接縫寬度和起拱符合設計要求，并進行隱蔽驗收。龍骨調(diào)整不平，將影響天花面板觀感效果。

圖6 三角形龍骨單元及扣件構(gòu)造

（六）天花吊頂面板安裝

天花面板截面呈U型，它通過特制的彈簧安裝扣固定（圖7）在主副龍骨上。

圖7 彈簧安裝扣

（七）面板調(diào)平

面板調(diào)平質(zhì)量關(guān)乎到整體天花外觀效果，同時也是天花吊頂最后一道工序。

（八）伸縮縫的處理

我們在進行伸縮縫時，由于鋼屋網(wǎng)架受溫度影響較大，為了保證天花吊頂整體效果，在金屬條形面板分縫與伸縮縫方向一致時，我們適當加大該處的分縫寬度，避免金屬條板在網(wǎng)架伸縮時相碰。在金屬條形面板分縫與伸縮縫方向不同時設置一條假縫，也就是在該伸縮縫處增加一段長度約為50～60cm的略小的條板，將該條板插入伸縮縫兩邊的面板內(nèi)，一端固定，一端放松，該條板就可以隨著網(wǎng)架的變化而變化，不影響天花整體觀感效果。

（九）天花清理

上述工序施工完成后，安排專人用柔軟布料對天花板構(gòu)件進行清理，去掉天花板構(gòu)件表面的污漬。

（十）鋁條板吊頂安裝的允許偏差和檢驗符合下列要求：

五、經(jīng)濟效益分析

超大型雙曲面吊頂工程一般都會存在施工誤差、結(jié)構(gòu)過于復雜、測量定位難等情況，施工誤差及結(jié)構(gòu)復雜等問題通過具有三維可調(diào)的六角球面法蘭組件及骨架單元組件相結(jié)合解決，測量難題則由近景測量技術(shù)解決，實踐證明技術(shù)的可靠性及效率性。同時該工程竣工后取得了良好的經(jīng)濟效益及社會效益。

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