大空間異型弧面鋁板裝配式施工技術(shù)的應(yīng)用研究

鄧 超 胡 進(jìn) 唐海生 覃 毅 張錦希

近年來(lái)，隨著建筑行業(yè)對(duì)創(chuàng)新和高效施工技術(shù)的不斷追求，大空間異型弧面鋁板裝配式施工技術(shù)逐漸受到行業(yè)的關(guān)注[1]。該技術(shù)不僅可滿足建筑設(shè)計(jì)對(duì)異型弧面鋁板的裝飾要求，且能提高施工效率、降低成本，還為建筑外觀呈現(xiàn)出獨(dú)特的美學(xué)效果[2-3]。本文探討大空間異型弧面鋁板裝配式施工技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，深入研究施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)和安裝方法，分析造型鋁板、基層鋼架、單元體拆分和吊裝以及連接縫處置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以期為該領(lǐng)域的從業(yè)者提供一種更加高效、可靠的施工方案，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜建筑外觀的需求。

1 工程概況

某項(xiàng)目占地面積 51687.93 m2，總建筑面積165044.5 m2，采用大懸挑屋面內(nèi)置結(jié)構(gòu)，正在進(jìn)行鋁板幕墻裝飾工程施工。該項(xiàng)目屋面采用混凝土、鋼筋、鋼架和鋁板等，屋面的東西向長(zhǎng)度為68.45 m，南北向長(zhǎng)度為35.3 m。曲面的最大高差為0.85 m，最大懸挑長(zhǎng)度為4.35 m，施工高度為15.15 m。項(xiàng)目的總用鋼量為60 t。鋁板幕墻裝飾工程共計(jì)使用2981 塊鋁板，鋁板的總表面積為1538 m2。屋面結(jié)構(gòu)和鋁板幕墻裝飾工程的施工，需要充分考慮設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、裝飾效果等，同時(shí)要確保工程的質(zhì)量和安全性。

2 施工要點(diǎn)

2.1 造型鋁板施工

在大空間異型弧面鋁板項(xiàng)目中，造型鋁板的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮建筑整體風(fēng)格、弧面要求以及裝配式施工的特殊性。通過(guò)采用先進(jìn)的三維建模和仿真技術(shù)，確保造型鋁板的形狀和尺寸符合設(shè)計(jì)要求，并與建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致[4]。在制造過(guò)程中，采用數(shù)控切割、折彎、焊接等工藝，確保鋁板的尺寸精準(zhǔn)度和表面質(zhì)量。為保證造型鋁板的美觀度和耐候性，需要對(duì)其表面進(jìn)行噴涂、陽(yáng)極氧化或其他特殊處理[5]。在造型鋁板的安裝過(guò)程中，采用可調(diào)節(jié)的安裝系統(tǒng)?？伸`活適應(yīng)異型弧面的變化，確保最終的施工效果符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 基層鋼架施工

基層鋼架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮異型弧面的形狀和承載要求?；鶎愉摷艿膸缀涡螤詈瘮?shù)：

式中：D為彎曲剛度；q(x，y)為施加在基層鋼架上的荷載分布；f為鋼架或其他結(jié)構(gòu)在受力后的變形；?2f/?x2和?2f/?y2為位移沿x方向和y方向的曲率或變化率。

通過(guò)數(shù)值模擬和優(yōu)化算法，可以得到滿足設(shè)計(jì)要求的基層鋼架結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，利用數(shù)控切割技術(shù)對(duì)鋼板進(jìn)行精確切割，采用先進(jìn)的焊接工藝，確保焊縫牢固、無(wú)裂縫。在加工過(guò)程中，需要進(jìn)行成型和校正，以保證基層鋼架的幾何形狀符合設(shè)計(jì)要求。在預(yù)制階段，組裝各個(gè)構(gòu)件，并進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的校正和調(diào)試。通過(guò)使用激光測(cè)量等先進(jìn)技術(shù)，檢查基層鋼架的幾何參數(shù)和連接點(diǎn)的精度，確保預(yù)制的基層鋼架符合施工要求[6]。

2.3 單元體拆分和吊裝

單元體拆分是指將整體的異型弧面鋁板組件劃分成大小合適的單元，便于后續(xù)的吊裝和安裝。在拆分過(guò)程中，需考慮構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料性質(zhì)以及運(yùn)輸和吊裝的便利性，采用先進(jìn)的數(shù)值模擬和仿真技術(shù)，精確分析單元體的拆分方案，確保拆分后的每個(gè)單元體能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性[7]。在吊裝過(guò)程中，根據(jù)工程實(shí)際情況以及單元體的質(zhì)量、形狀和尺寸，選擇適當(dāng)?shù)牡跹b設(shè)備，確定合理的吊裝點(diǎn)，規(guī)劃流暢的吊裝順序，最大限度減少吊裝過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊裝過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整，確保吊裝過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行。

2.4 連接縫處理

對(duì)于連接縫的填縫材料的選擇，直接關(guān)系到裝配件的密封性和外觀效果，常用的填縫膠參數(shù)如表1 所示。根據(jù)項(xiàng)目需求和設(shè)計(jì)要求，考慮填縫材料的耐候性、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、密封性以及耐久性等參數(shù)，選擇合適的填縫材料。為保障連接縫的密封性、耐久性和美觀度，本項(xiàng)目選擇高彈性硅酮填縫膠作為連接縫的填縫材料。

在處理連接縫前，要清理連接縫處的鋁板表面和基層鋼架，確保無(wú)灰塵、油污和雜物。使用適當(dāng)?shù)奶羁p工具，將填縫材料均勻填充到連接縫中，并保證無(wú)空隙和氣泡。用填縫刮板或刮刀將填縫材料刮平，使其可與鋁板表面平齊，并在填縫材料干燥前及時(shí)清理多余的材料，進(jìn)行必要的修整和修補(bǔ)。

3 施工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 彈性定位

在大空間異型弧面鋁板裝配式施工技術(shù)中，采用彈性定位系統(tǒng)，通過(guò)靈活的調(diào)整和控制，使鋁板能夠適應(yīng)不同形狀和曲率的弧面結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的裝配和安裝。彈性定位系統(tǒng)包括彈性定位裝置和相應(yīng)的控制系統(tǒng)，其中定位裝置通常由可調(diào)節(jié)的支撐結(jié)構(gòu)和壓力傳感器組成，主要用于控制鋁板的位置和壓力。

為了實(shí)現(xiàn)彈性定位，可使用如下函數(shù)描述鋁板的彎曲形狀和位置。

式中：Ai、Bi、Ci為了鋁板在三個(gè)坐標(biāo)方向x、y、z上的振幅大小，決定了鋁板在各個(gè)方向上彎曲的程度；λi為第i個(gè)波形的波長(zhǎng)；φ i、φi、θi分別為相位角，決定鋁板在x，y，z方向上波形的初始相位。通過(guò)調(diào)整振幅和相位角的數(shù)值，可以控制鋁板的彎曲形狀和位置。

在實(shí)際施工中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工圖紙，確定鋁板的裝配位置和順序；根據(jù)弧面結(jié)構(gòu)的形狀和曲率，調(diào)整彈性定位裝置的支撐結(jié)構(gòu)和壓力，使鋁板能夠適應(yīng)并貼合弧面結(jié)構(gòu)。在調(diào)整過(guò)程中，需要不斷進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整，確保鋁板的位置和壓力滿足要求。在整個(gè)裝配過(guò)程中，需要對(duì)彈性定位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，通過(guò)壓力傳感器和其他監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取鋁板的位置和壓力信息，并將其反饋給控制系統(tǒng)。通過(guò)應(yīng)用彈性定位系統(tǒng)，可以有效解決大空間異型弧面鋁板裝配過(guò)程中的形狀調(diào)整和定位問(wèn)題，提高裝配效率和質(zhì)量。

3.2 埋件安裝

埋件通常由鋼材或鋁材制成，具有一定的強(qiáng)度和剛度。設(shè)計(jì)埋件時(shí)，需要考慮造型鋁板與基層鋼架的連接要求，并確保埋件的尺寸和形狀與連接點(diǎn)相匹配[8]。在埋件拼裝過(guò)程中，根據(jù)施工圖紙和設(shè)計(jì)要求，采用先進(jìn)的定位技術(shù)，如激光測(cè)量和三維模型匹配技術(shù)，以確保埋件準(zhǔn)確定位，滿足異型弧面鋁板的復(fù)雜曲線要求，實(shí)現(xiàn)埋件的精確定位。預(yù)埋件的定位精度：埋件平面位置偏差為±10 mm，標(biāo)高偏差為±10 mm。埋件固定可以采用高強(qiáng)度螺栓和膨脹螺栓等固定件，確保埋件與鋁板之間的連接緊密可靠，同時(shí)考慮使用防松裝置，以提高固定的持久性和安全性。

3.3 主干骨架安裝

主干骨架在大空間異型弧面鋁板中承擔(dān)著支撐和穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)的作用。主干骨架通常由鋼材或鋁材制成，具有較高的強(qiáng)度和剛度。設(shè)計(jì)主干骨架時(shí)，需要考慮整體結(jié)構(gòu)的受力和承載要求，確保主干骨架的尺寸和形狀與其連接點(diǎn)相匹配。在主干骨架多點(diǎn)位安裝過(guò)程中，通過(guò)采用先進(jìn)的定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)主干骨架的精確定位，提高施工的準(zhǔn)確性。

利用如下函數(shù)計(jì)算固定點(diǎn)位的位置坐標(biāo)即：

式中：X0、Y0、Z0為主干骨架的起始位置；Li為第i個(gè)固定點(diǎn)與參考點(diǎn)在水平面上的距離；Hi為第i個(gè)固定相對(duì)于參考點(diǎn)在垂直方向上的高度差；θi為第i個(gè)固定點(diǎn)在水平面上相對(duì)于參考點(diǎn)的角度，通常以弧度計(jì)。

通過(guò)計(jì)算得到的固定點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行定位和標(biāo)注，以指導(dǎo)主干骨架的安裝。調(diào)整主干骨架，并將平均調(diào)整誤差控制在±3 mm 以內(nèi)，調(diào)整后需要使用螺栓、焊接或其他方式，將主干骨架固定在基層鋼架上。固定過(guò)程中，需要確保主干骨架與基層鋼架之間的連接緊固，并保持穩(wěn)定和牢固。

3.4 單元鋁板安裝

在單元鋁板安裝中，為保證單元鋁板的精準(zhǔn)安裝，可采用如下函數(shù)公式進(jìn)行測(cè)量：

式中：Δx為測(cè)量誤差百分比；Lmea為實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)值；Lcon為設(shè)計(jì)要求的數(shù)值。

在定位吊裝過(guò)程中，采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，確保單元鋁板在安裝過(guò)程中保持水平和垂直。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工圖紙，確定單元鋁板的定位點(diǎn)，并在定位點(diǎn)上安裝合適的定位裝置，如定位銷或定位螺栓。利用起重設(shè)備將單元鋁板吊裝到預(yù)定位置，并通過(guò)調(diào)整定位裝置，使其與周圍構(gòu)件或基層鋼架的定位點(diǎn)相吻合。單元鋁板安裝的最后一步為固定，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)墓潭ǚ绞剑缏菟ㄟB接和焊接等。在固定過(guò)程中，使用測(cè)量工具檢測(cè)單元鋁板的位置和姿態(tài)，確保其符合設(shè)計(jì)要求，并采用合適的工具和設(shè)備進(jìn)行固定，確保單元鋁板與結(jié)構(gòu)之間的連接牢固可靠。

3.5 單元鋼桁架制作

單元鋼桁架的制作直接影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和負(fù)載能力。根據(jù)工程需求和設(shè)計(jì)圖紙，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬分析，確定單元鋼桁架的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)。利用數(shù)控切割技術(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙精確切割各個(gè)部件。選擇的鋼材需要進(jìn)行必要的防腐處理，以確保鋼材在使用過(guò)程中能夠抵御環(huán)境腐蝕和氧化。制作完成的各個(gè)部件，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行組裝，確保每個(gè)部件的位置和角度準(zhǔn)確。連接方式可以是焊接或螺栓連接等。在組裝過(guò)程中，要調(diào)整結(jié)構(gòu)，保持結(jié)構(gòu)的垂直度和水平度。在制作完成后，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證鋼桁架的承載能力和穩(wěn)定性。

4 施工效果分析

施工效果的高低差分析涉及每個(gè)單元鋁板的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確度，以及整體結(jié)構(gòu)的平整度和美觀度。通過(guò)使用高精度的測(cè)量工具對(duì)每個(gè)單元鋁板的位置和姿態(tài)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，獲得實(shí)際數(shù)值。將實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比對(duì)，確定每個(gè)單元鋁板的偏差情況，隨機(jī)選取相鄰的單元鋁板進(jìn)行分析。相鄰的單元鋁板之間的高低差計(jì)算公式為：

式中：ΔHi為相鄰的單元鋁板之間的高低差；Hi為第i個(gè)鋁板單元的高度；Hi+1為第i+1 個(gè)鋁板單元的高度；

描述高低差隨著位置變化的函數(shù)表達(dá)式為：

式中：x為鋁板的位置 ；m為斜率，代表高低差隨著位置x的改變速率；b為斜距。

表2 為測(cè)試結(jié)果，由表2 可知鋁板的高低差均在0.2 mm 以下，說(shuō)明采用的幕墻裝飾工程施工技術(shù)能夠有效控制鋁板的高低差，施工過(guò)程中的關(guān)聯(lián)度較高，能夠確保幕墻的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性。

表2 測(cè)試結(jié)果

鋁板的搭接誤差可控，也說(shuō)明施工技術(shù)在板塊的安裝和調(diào)整方面具備一定的可操作性。通過(guò)控制高低差和搭接誤差，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)幕墻的平整度和美觀度要求。同時(shí)，施工過(guò)程中的關(guān)聯(lián)度較高，確保了幕墻的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)探討了大空間異型弧面鋁板裝配式施工過(guò)程中的關(guān)鍵要點(diǎn)，深入剖析了大空間異型弧面鋁板裝配式施工技術(shù)的應(yīng)用。

通過(guò)評(píng)估施工效果，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)不僅能夠滿足異型弧面鋁板的裝飾需求，而且能夠在提高施工效率和降低成本方面發(fā)揮顯著作用。精準(zhǔn)的測(cè)量與定位吊裝的技術(shù)手段，增加了大空間異型弧面鋁板安裝的穩(wěn)定性以及精確性，從而保證了工程的質(zhì)量以及可靠性。