鋁合金網殼施工關鍵技術研究

李赟

（中國建筑第八工程局有限公司總承包公司，上海 200240）

1 概述

近年來，鋁合金網殼結構在工業廠房、體育館、展覽廳等建筑中大量應用。作為地殼中含量最高的金屬元素，地下材料儲存較為豐富。從材料性能上作為比較，鋼材與鋁合金均具備良好的延性；但是鋁合金密度小，在相同條件下其力學性能隨著溫度降低，鋁合金的伸長率和強度會得到適度增加，結構穩定性得到進一步提升[1]。

作為一種綠色環保型材料，鋁合金材質輕的特點有利于其作為屋蓋結構時，減少對下部支撐的作用壓力。在戶外環境中，其耐腐蝕性的特點能使得鋁合金網殼廣泛應用于例如展覽館、大型交通樞紐建筑。

本文以上海市浦東新區世博文化公園（雪野路以北）項目施工3 標段項目施工為背景，分析總結了典型的鋁合金單層網殼施工及安裝要點，并重點介紹其施工方法。在此基礎上，為進一步拓寬鋁合金應用領域提供思路，提出若干建議[2]。

圖1 俄羅斯館犀牛模型圖

2 工程概況

本工程位于上海市浦東新區耀華地塊Z000101 單元（黃浦江沿岸ES2 單元）。Z000101- 筑面積1273.14m2。其中俄羅斯館位于項目中部區域。俄羅斯館中庭主體平面投影呈正方形，橫向3 軸～13 軸，縱向C 軸～N 軸，軸間距均為5000mm，整體建筑跨度橫、縱向均為50m，整體造型呈均勻對稱[3]。

俄羅斯館鋁合金屋頂網殼主要采用6061-T6 航空鋁材，桿件截面為A 類桿件：HN400*180*8*10、B 類桿件：HN400*200*10*12、CX 類桿件：HN400*280*12*20，配合12 支鋼桿件，材質Q345B，桿件截面D 類桿件：GH500*250*15*25、DX 類桿件：GH500*250*15*25a。網殼由相切于主體鋼結構標高+14.650m 箱型梁上的鋼支座牛腿支撐，牛腿截面與桿件截面相匹配。網殼頂部上覆鋁板、采光玻璃及開啟窗，外部含排水槽及包邊鋁板。

施工主要采用格構柱支撐體系（主要含格構柱基礎轉換梁、格構柱、走道梁及上部支撐網殼的小墩子）作支撐措施及操作平臺。相關構件詳細尺寸參見圖2、3 所示。網殼安裝采用地面分塊中拼成單元體系，整體吊裝的形式進行安裝。

圖2 俄羅斯館犀牛模型圖

圖3 格構柱支撐體系剖面圖

3 鋁合金結構材料特性

從材料制作方法上，鋁合金分為鑄鋁合金和鍛鋁合金兩種類型。其中，鑄鋁合金是將液態狀的鋁置于專門模具內靜置后成型；鍛鋁合金是針對未溶化的鋁坯進行冷或熱加工后成型。鋁元素和其它元素組成了鋁合金材料，例如強度、延性、耐腐蝕性等材料特性全部由內部組成的鋁元素和其它元素所占含量所決定，不同材料組成決定著最終建筑結構表現出來的性能。

鋁合金網殼整體結構均由標準化構配件組成。構件在工廠預制完成后，現場采用裝配式安裝，整個過程快捷、方便。經圖紙深化后，高精度、標準化的加工工藝可以有效減少現場誤差，保證好建筑結構施工的精密化尺寸。

相同體積條件下，鋼結構自重是鋁合金結構自重的3 倍。在大跨度結構體系中，屋蓋采用鋁合金材料能極大減少上部結構對下部柱體的壓力，且鋁合金的抗壓強度在同條件下更高。

因鋁合金本身具有較強的耐腐蝕性，在一些潮濕、酸堿性環境中，不受影響，對于大型外露大跨度空間結構建筑非常適用[4]。

4 鋁合金網殼施工工藝介紹

4.1 現場施工流程

根據現場建筑主體、場地工況及施工進度要求，我司擬采用格構柱- 走道梁支撐體系作施工操作平臺，鋁合金網殼分塊整體吊裝形式進行網殼安裝，后配合臨時支撐操作平臺措施進行鋁板、玻璃、開啟窗、生命線及避雷、檐口水槽及鋁板包邊等構配件的安裝[5]。

4.2 施工定位放線

施工前，應對建筑主體結構進行復測校核，確保后續施工安裝順利。

建筑主體結構測量主要為鋼圈梁上部標高及對應牛腿處梁上及梁底內口坐標。

格構柱定位測量與鋼圈梁點位測量方法一致，通過已知基準點及后視點，將格構柱節點模型坐標進行放線定位，需要放線的點位為格構柱支撐點中心坐標、格構柱基礎轉換梁的端點坐標。以便后續進行格構柱構配件的安裝定位。

4.3 應用效果

根據現場施工工況及工期需求，我司擬采用格構柱支撐體系作整體施工操作措施平臺。

格構柱上部水平、豎直間兩兩設置走道梁，走道梁搭接在格構柱上部端頭焊接連接，部分走道梁搭接焊接在主體結構周圍鋼圈梁上。格構柱基礎轉換梁的布置主要為將格構柱上部荷載及格構柱自重荷載傳導到下部梁及柱上，以保護主體結構二層樓板。（圖4）

圖4 格構柱支撐體系剖面圖

4.4 鋁合金網殼安裝

根據鋁合金網殼特點，我司擬將鋁合金網殼劃分為25 個單元分區，采用地面拼裝的形式將桿件在地面拼裝成具備單元剛度的整體，整體吊裝就位，單元分區圖如圖5 所示。

圖5 鋁合金網殼分區布置圖

為方便施工，擬有限拼裝1 號分區，并整體吊裝，并將1 區牛腿焊接在主體新增鋼梁上，使1 區固定穩固，后地面拼裝并吊裝2 號至5 號區域（其中3 號區域分成四小塊分別拼裝吊裝），將5 號區域牛腿焊接固定在主體新增鋼梁上。由1 區至5 區安裝固定后，形成定位橋，可使橋兩側區域地面拼裝整體吊裝（兩側優先順序相同，以場地條件為主導），在確保安裝定位準確的基礎上，加快施工進度，保證了施工質量。

鋁合金網殼分塊整體吊裝為俄羅斯館整體網殼施工的重難點。影響施工的主要因素為現場場地狹小，且受裙樓、維護墻體制約，網殼采用分塊整體吊裝。（圖6）

圖6 格構柱支撐體系剖面圖

4.5 網殼附屬結構的安裝

鋁合金網殼附屬結構主要包含固定玻璃及開啟窗、鋁面板（含保溫層）、不銹鋼避雷網、304 成品吊掛圓環（清潔用）、外部環梁水槽及包邊裝飾板。附屬結構的安裝施工應在鋁合金網殼安裝完畢后進行，此時具備附屬結構的安裝施工條件，同時荷載較為穩定，對主體鋼圈梁結構影響較小，能夠保證施工質量及施工效率。

4.6 格構柱措施體系拆除

格構柱支撐措施體系拆除依照先附屬，再主體的拆除原則進行。拆除前應對所有施工面進行檢查，排除所有工具、零部件、雜物等。

格構柱措施體系拆除流程：

措施清理→走道梁拆除→走道梁支撐、格構柱附著撐桿拆除→小墩子拆除→格構柱拆除→格構柱基礎轉換梁拆除。

走道梁拆除后，可進行支撐走道梁的雙拼槽鋼拆除、附著撐桿拆除及格構柱拆除。以上工況均可由汽車吊直接拆除。

割除作業采用氣割切割，切割前應對拆除構件進行吊裝固定，固定后進行切割作業，防止切割后構件直接掉落發生安全隱患。依次方式，雙拼槽鋼及附著撐桿均可直接拆除吊至地面，并轉運出場。（圖7-8）

圖7 走道梁拆除圖例

5 結論

鋁合金網殼屋蓋在國內外得到大量應用，半個多世紀以來，作為大跨度空間的一種獨特形式，得到快速發展[6]。

圖8 格構柱拆除圖例

本文首先介紹鋁合金網殼屋蓋工程概況及材料性能，以俄羅斯館中的鋁合金屋蓋施工工藝作為重點研究對象。分析探索其每一步的施工工序，總結施工經驗及流程。通過工程實例來闡述鋁合金網殼作為結構體系屋蓋時，分析網殼結構在施工過程中特點，為鋁合金結構的應用提供參考[7]。