【精彩論文】超曲面雙層金屬幕墻在工程中的應用（吳旭東）

　　2)面板加工圖量大面板規格多,尺寸、夾角各異,由于面板規格達到數萬塊,且工期緊迫,必須找到高效、精確的方式保證面板下料,通過分析,盡管尺寸規格各異,但有超過3/4的蜂窩板面板均為三角形板塊,可通過在三維模型中將面板分格尺寸統計出來,通過編制EXCEL函數扣縫算出三邊加工尺寸及副框加工角度；

　　3)檐口加工長度約4米的鋁單板軌跡為樣條曲線此軌跡只能做到無限近似卻做不到完全重合,而鋁單板的平滑度將嚴重影響視覺效果,為此在做鋁單板加工圖前需整體建模,廠家以做磨具的標準,精雕細琢做鋁板(如圖3,2)；

　　4、金屬屋面系統支撐方案的確定
　　1）超曲屋面的面板調節
　　屋面裝飾面板為20mm厚蜂窩板，均為三角形板塊，最經濟且可靠的固定方式就是在三角形板塊頂點固定，但每個頂點處大多數都有六塊面板,且每塊板均不共面,因此實現多面可調是必須的,為此研制出了萬向調節器(如圖4.1),有效解決了多面調節問題。

　　2)外層蜂窩板支座與直立鎖邊夾持支撐方式的確定。根據風洞試驗結果,屋面最大風荷載為2.86KN/㎡,經過精確的風荷載計算,確定支撐系統的單點受力最大為16,6KN,而直立鎖邊屋面廠商提供的最大的單點受力為1KN,并在國家大劇院項目上成功運用。面對這個問題是改變蜂窩板支撐系統還是改變屋面主體構造形式?

　　國家大劇院項目是規則的球型屋面系統,為降低單點受力過大,該項目采用環向龍骨布置方式,所有面板受力平均分布在環向龍骨上(如圖4,2),但經過研究,此方案不適合世博文化中心項目。第一,世博文化中心的屋面是個不規整的超曲面系統,環向龍骨的構造形式無法滿足所有外側面板安裝;第二,對這個亞洲最大跨度的屋面鋼結構系統,環向龍骨布置方式對工程造價及屋面局部支撐荷載過大；第三,之前為此工程所做的所有設計工作均需改變,時間不允許。因此只有對現有屋面支撐系統進行優化及改善,以滿足現有工程的需要。

　　經過研究及理論推理,屋面板極限承載力還有潛力可挖,但這種推理還需要通過權威的實驗去驗證。為此我們確定了三種測試方案:兩點支撐,四點支撐,滑槽連接方式;擴大直立鎖邊板受力范圍,盡可能模擬真實的屋面板受力情況9并送相關檢測機構進行拉拔測試。

　　試驗結果:采用直立鎖邊廠家自身系統固定支座兩點測試抗拉力至11.2KN9四點試驗測試至19.3KN直立鎖邊板沒有發生破壞,而根據風洞試驗計算板塊單點抗拉最大荷載為16,6KN；

　　據此實驗結果及風洞試驗數據,上下殼受力區域可簡化為:<9KN區域和≥9KN區域(如圖4.3、圖4.4)

　　根據實驗結果及受力分布區域對屋面蜂窩板做出如下兩種支撐方案:

　�、�、支點受力(9KN區域,采用兩點支撐(如圖4.5)；

　�、�、支點受力≥9KN區域,采用四點支撐(如圖4.6)；

　　5、金屬屋面系統施工難點分析
　　1)超曲面的造型給現場施工控制提出更高的要求如何保證現場施工完全符合設計理論是個大問題,現場放線不可能每塊板三頂點都放線,為了達到理論與可操作性的平衡,最終通過221個關鍵坐標控制點來反饋上下殼理論與實際的吻合程度,做到可控、可調；

　　2)下殼防水鋁鎂錳屋面板及外裝飾蜂窩板的安裝需要超常規方法下殼為大斜面懸挑結構,考慮到工程工期短,各單位多交叉作業,甲方不允許滿堂腳手架施工,經過反復論證通過特制可活動吊架完成大面幕墻施工作業,局部采用高空作業車施工(如圖5.1)。

　　3)下殼直立鎖邊屋面支撐鋼架的吊裝由于工期緊迫,在主體鋼構吊裝未完畢的情況下,為贏取時間,防水直立鎖邊板內部次龍骨需在地面制作成榀,然后進行整體吊裝,而10mX10m的鋼架吊裝,精確定位是關鍵。

　　4)屋面板施工,鋁焊是關鍵 由于本工程屋面的面積大,一旦焊接不到位或是不嚴格按工藝進行施工,則極容易造成屋面漏水或引發火災。為此,施工人員特別制定了控制各相交節點和水槽的施工方案。在天溝的接縫、接頭處,包括直立鎖邊板的連接部位做滲水試驗,防止漏水現象的發生。為防止因伸縮變形撕裂鋁焊位置,需對焊縫位置面板伸縮進行控制(如圖5.2)。

　　6、結束語
　　本工程是2010年上海世博會“一軸四館”永久性場館之一,因其獨特的空間造型給設計、施工帶來了極大的挑戰,在各方的精誠協作下,經過一年多的日夜奮力拼搏,上海世博文化中心終于如一顆璀璨的明珠,綻放在世人的眼前,為實現一屆完美、精彩的世博會貢獻了一份力量。

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