空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)及應(yīng)用分析

盧 佳 孫琳璘 于皓晨

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

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空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)及應(yīng)用分析

盧 佳 孫琳璘 于皓晨

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

結(jié)合杭州奧體中心主體育場現(xiàn)場施工實例，從支座預(yù)埋件、支座、花瓣三方面，闡述了空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)要點，指出空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)具有覆蓋面積大、安全性高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。

空間異型曲面，鋼結(jié)構(gòu)，支座，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代建筑隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，其造型與結(jié)構(gòu)也向著多元化發(fā)展。而空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)因其自身結(jié)構(gòu)獨特、覆蓋面積較大、安全性高、穩(wěn)定性強等特點備受建筑師們的青睞，從而廣泛應(yīng)用于一些大型體育館及會展中心等建筑上。這類空間管桁架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅滿足了建筑上的實用性，也使得建筑更趨向于美感化。

1 空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

21世紀以來，空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為土建結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展起到了促進性作用，日常生活中所常用到的空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)主要有空間桁架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)等。因空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)作用于空間內(nèi)，因此它的荷載、內(nèi)力與變形屬于三維狀態(tài)，是一般二維設(shè)計無法與之媲美的。由于以上特點，空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)做到了經(jīng)濟、美觀與高效，它的問世得到了迅速的發(fā)展。

鋼索、邊緣構(gòu)件與下部支承結(jié)構(gòu)共同組成了大跨度屋蓋的懸索結(jié)構(gòu)，在一定的靜荷載下，要先確定完整的懸索結(jié)構(gòu)在原始的荷載作用之下的原始狀態(tài)，并計算出荷增量和索支點位移對溫度造成的變形。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可以由多根桿件組成網(wǎng)格后形成曲線形來實現(xiàn)，它可以分為單曲和雙曲兩種形式。網(wǎng)殼可以與網(wǎng)架結(jié)合形成雙層形態(tài)，這時因節(jié)點呈鉸接狀態(tài)，其桿件受力形式為軸向力。網(wǎng)殼由于曲率，做出節(jié)點，使桿件能承受附加彎矩或扭矩，也可以做成單層形態(tài)。雖然網(wǎng)殼與網(wǎng)架大小不一、形態(tài)各異，但其材料與截面基本相同，桿件與節(jié)點都是同樣類型可以重復(fù)使用。這種有利的條件使得許多標準化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系得到了很好的開發(fā)與應(yīng)用，而且形成了其專屬的工業(yè)化生產(chǎn)線。

20世紀中期逐步發(fā)展起來了一種全新型的建筑形式——膜結(jié)構(gòu)，所用的膜材料則是由涂層和基布這兩個部分組成的，而基布所采用的材料主要為玻璃纖維和聚酯纖維；而涂層選用的材料則主要以聚四氟乙烯和聚氯乙烯為主。其作為一種覆蓋結(jié)構(gòu)能夠承受一定的外荷。

2 安裝中的技術(shù)要點

以杭州奧體中心主體育場現(xiàn)場施工為參考，其安裝中的技術(shù)要點主要由支座預(yù)埋件部分、支座部分主花瓣部分和次花瓣部分的安裝組成。

2.1 支座預(yù)埋件的安裝

支座預(yù)埋件的安裝主要考慮到其荷載的傳遞問題。上下兩道豎向支座和中間的一道支座提供了它的支撐固定。它主要是從罩棚鋼結(jié)構(gòu)與兩道豎向支撐來傳遞。隨后豎向支撐把荷載繼續(xù)傳遞給混凝土柱子，再由基地傳輸?shù)降鼗?。支座預(yù)埋件安裝時其施工單位要派專人進行監(jiān)護工作，其安裝跟隨土建主體結(jié)構(gòu)進行施工，必須保證安裝精度的合格，為上部鋼結(jié)構(gòu)的安裝做好準備。

2.2 支座安裝過程

體育場的鑄鋼支座分上中下三部分。鑄鋼上支座的安裝將與看臺土建進行同步施工，在安裝時將其局部預(yù)埋在看臺里，與看臺勁性柱形成連接，采用了100 t的履帶吊把支座吊安裝到固定位置。

鋼結(jié)構(gòu)開工之后開始進行鑄鋼中支座的安裝，其采用焊接與看臺樓層側(cè)面的預(yù)埋鋼板進行連接，安裝時需設(shè)置臨時的支撐架輔助進行，當焊接完成后再將臨時支撐架拆除。

在提升教師專業(yè)能力的過程中，學(xué)校還重點提倡“三個對話”，即教師與自我的對話、教師與同伴的對話以及理論與實踐的對話。教師與自我的對話就是通過撰寫教育案例、教學(xué)隨想、教育教學(xué)故事等，總結(jié)經(jīng)驗并尋求方法；教師與同伴的對話就是針對不同年齡、不同水平、不同素質(zhì)的教師，開展“師徒結(jié)對”“課堂教學(xué)大練兵”“教學(xué)專長展示”“基本功達標展示”等活動，廣泛調(diào)動組內(nèi)教師相互學(xué)習、相互幫助的熱情；理論與實踐的對話就是采取“案例反思—對照反思—跟進反思”的方式，豐富理論內(nèi)涵，提高實踐水平?！叭齻€對話”使教師們在濃厚的研究氛圍中實現(xiàn)了自我提升和群體發(fā)展。

下支座作為鑄鋼節(jié)點因六支管的交匯而形成，因鑄鋼件較重分設(shè)4個吊點，在場外采用400 t履帶吊對其進行吊裝就位工作，因下支座在調(diào)整到預(yù)先設(shè)計的坐標后，要實行雙人對稱焊接，架設(shè)全站儀對場外的測量點進行測量并對各個管口坐標進行校準測量工作。

2.3 主花瓣的安裝

主花瓣的安裝需劃分為8個單元對其進行現(xiàn)場的拼裝和吊裝工作，其主要是整片主花瓣的重量高達300 t所致，在場地內(nèi)不可能進行一次性的拼裝及吊裝工作。而各個單元分段的重量也是有所差異的，對各個單元的重心問題、結(jié)構(gòu)形式問題和拼裝形式的問題進行吊裝工作。

2.4 次花瓣的安裝

次花瓣的安裝是由屋面與里面這兩種形式構(gòu)成。索桁架結(jié)構(gòu)是屋面次花瓣的主要結(jié)構(gòu)，單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)式立面次花瓣的主要結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致安裝的方法也不同。

立面次花瓣是被上、下2個節(jié)點支撐著的。上節(jié)點主要與主花瓣桁架進行相貫連接，而處于主花瓣罩棚下面的下節(jié)點則是采用鑄鋼節(jié)點和埋件進行連接，在進行立面次花瓣安裝的時候，如果首先安裝主花瓣桁架，以后將沒有操作空間，因此要先安裝立面次花瓣。立面次花瓣有很高的安裝標準，它處于傾斜的狀態(tài)，在安裝的時候要通過下部弦桿位置的鏈接耳板與上端的纜風控制。

3 質(zhì)量與安全監(jiān)控

3.1 質(zhì)量監(jiān)督

空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中的質(zhì)量監(jiān)督方面主要包括原材料的質(zhì)量監(jiān)控、生產(chǎn)制作當中的質(zhì)量監(jiān)控及施工過程當中的質(zhì)量監(jiān)控這三個方面。原材料方面主要是自原材料被運入工廠倉庫后對其進行數(shù)量清點、重量計算、材料材質(zhì)及外表質(zhì)量檢查，對所選用的原材料做嚴格的篩選工作，切實保證所需材料的合格，做完這些工作后，再由專人進行二次審核，嚴格對待原材料的選用，審核合格后方可投入加工。在生產(chǎn)過程中,要做好技術(shù)交底、質(zhì)量評定和完善資料等前提工作的安排，并且在投入生產(chǎn)時，要注意原材料的保護，防止在搬運時損壞材料從而影響了生產(chǎn)質(zhì)量。在現(xiàn)場施工前，要先對施工時用到的材料做檢查工作，確保所用材料質(zhì)量達標，同時在施工的過程中嚴格監(jiān)控施工人員的工作，施工人員在施工時必須嚴格按照施工要求開展工作。另外在進行全過程的焊接質(zhì)量控制時，業(yè)主可以委托第三方對鋼結(jié)構(gòu)焊縫進行百分百的檢測，以此做到在施工過程中的質(zhì)量監(jiān)督。

3.2 安全監(jiān)督

無論在任何地方任何時候，“安全第一”一直是人們老生常談的問題。因此在進行土建施工時必須做好監(jiān)督工作，安全的一切后果都是由對待安全的態(tài)度造成的，所以必須要抓緊安全工作，而施工人員必須具備較高的安全意識，這樣才能做到見微知著、防微杜漸。其實說到底，要保證安全，人的因素是第一位的，在進行安全監(jiān)督管理工作時，要不斷健全和完善安全生產(chǎn)管理制度，對安全生產(chǎn)實行全員、全方位、全過程的管理。同時加強教育培訓(xùn)工作，提高員工素質(zhì)。而空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中的安全監(jiān)督方面主要是設(shè)備在運行中的安全操作，在建設(shè)中的特種作業(yè)人員必須執(zhí)行持證上崗，經(jīng)過專項的安全培訓(xùn)并考試合格后方可上崗，并且在施工過程中，因為高空作業(yè)量較多，因此在高空作業(yè)時必須嚴格按照安全帶的正確佩戴方式系好安全帶，時時刻刻銘記安全才是第一位。要把安全體現(xiàn)到實際工作中，安全工作最終才有保證。另外在土建施工中，安全帽的正確佩戴也是必不可少的，與安全帶的佩戴一樣，安全帽的佩戴也要按照其規(guī)定來正確使用。

4 結(jié)語

目前，空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)在我國各個大型場館的設(shè)計和建設(shè)正可謂是蒸蒸日上。作為現(xiàn)代化進程下的結(jié)構(gòu)工程師們，應(yīng)當理性的去分析、認知各類結(jié)構(gòu)形式的特點，在做出方案時就應(yīng)處理好有關(guān)結(jié)構(gòu)概念等方面的設(shè)計問題，排除各類隱患，為以后的工程進展打下良好的基礎(chǔ)。而隨著空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的大量運用，還必須對其建筑工程質(zhì)量做好監(jiān)督管理的工作。

[1] 汪 進，李 揚，劉明峰，等.空間異型曲面鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)應(yīng)用例析[J].建筑，2014(5)：19-20.

[2] 邱繼軍.異型空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)快速成型[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[3] 張 崢.復(fù)雜曲面鋼結(jié)構(gòu)屋面的數(shù)值找形與結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].空間結(jié)構(gòu)，2013(3)：77-78.

Analysis on installation technology and application of steel structure with spatial special-shaped convex curved surface

Lu Jia Sun Linlin Yu Haochen

(NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

Combining with major gym site construction example of Hangzhou Olympic Sports Centre, starting from three aspects of bracket pre-embedded, bracket and petal, the paper describes the installation technology points of steel structure with spatial special-shaped convex curved surface, and points out its advantages, such as large coverage area, high safety, and strong stability and so on. Therefore, it is worth promoting.

spatial special-shaped convex curved surface, steel structure, bracket, latticed shell structure

1009-6825(2016)16-0050-02

2016-03-24

盧 佳(1995- )，女，在讀本科生； 孫琳璘(1995- )，女，在讀本科生； 于皓晨(1995- )，男，在讀本科生

TU391

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