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異形曲面菱形折拼鋁板幕墻施工技術

來源:http://b4bchina.org??發布時間:2019-11-26 09:00??瀏覽量:返回列表

1 工程概況

中國萍鄉海綿城市建設展示館共4層,建筑面積約8 000m2,外墻設計包含開放式穿孔菱形折拼鋁板、內層鋁板幕墻+鋁合金窗、百葉、門廳磨砂玻璃雨棚+側面點式玻璃幕墻、明框彩釉玻璃幕墻 (海綿景觀部分) 、點式磨砂玻璃幕墻、樹脈彩釉點式玻璃幕墻。異形曲面菱形折拼鋁板幕墻為開放式雙層幕墻,主體鋼結構外包覆裝飾性幕墻,外層面積約3 600m2,內層約4 300m2,外觀層次分明,錯落新穎 (見圖1) 。

2 施工難點分析

2.1 異形曲面幕墻放線定位工作量大控制難

該幕墻平面上四角倒圓弧,中部內弧,且各層弧度不一,菱形板貫通弧線無確定規律,幕墻層間有進出錯位關系,錯層安裝幕墻鋼結構龍骨不在同一立面,在主體鋼結構弧形梁上安裝幕墻龍骨需單獨放樣,面板的測量定位工作量大。

圖1 展示館建筑效果

圖1 展示館建筑效果   下載原圖

Fig.1 The architecture effect of the exhibition hall

2.2 幕墻鋼結構龍骨焊接變形控制難

幕墻主鋼結構龍骨采用121mm×5mm圓鋼管,焊接為菱形分格的單元,共有152榀單元龍骨。每個單元大小、弧度不一,如何準確保證單元榀龍骨的焊接精度是難點。

鋼龍骨單元的變形包括:焊接冷卻收縮變形,平地組裝后立面吊裝拉伸變形,承載面板重量、溫度變化后的系統變形、運輸振動、擠壓造成的變形等,對施工安裝質量造成難以預估的影響。

2.3 菱形折拼鋁板規格各異,下單難度大

弧形穿孔鋁板幕墻造型復雜,整體造型為不規則弧面,鋁板穿孔樣式有6種,鋁板規格種類多樣,加工成本較高,按常規下料方式難以保證下料精度和速度。

2.4 菱形折拼鋁板制作安裝難度大

菱形折拼鋁板制作時折拼角度、穿孔圖案、尺寸大小不一,安裝時角度、進出位置調整較難,整體排列無規律可循。

穿孔鋁板規格根據穿孔類型和尺寸分類達1 000多種,每塊鋁板順利安裝到對應位置難度大。

3 關鍵施工技術

3.1 3D模擬技術

應用Rhino+Grasshopper軟件,對每塊鋁板進行參數化模擬分析,對每塊鋁板編號確保安裝位置準確無誤,把弧形曲面鋁板優化為平行四邊形穿孔折板 (見圖2) , 4個端點都在完成面上,保證外觀效果的同時鋁板規格種類最少,大大節省了加工及材料成本,同時縮短了鋁板加工周期,保證了施工進度。

圖2 弧形鋁板優化模型

圖2 弧形鋁板優化模型   下載原圖

Fig.2 Optimization model of arc aluminum panel

3.2 3D掃描比對技術

對現場安裝完成的主體鋼結構進行3D掃描,經過數據處理建立與幕墻工程相關的主體鋼結構的實際模型。將實際模型與上述設計模型進行整合比對,檢查主體鋼結構與幕墻構件的位置關系,對幕墻支座長度不足或超長的位置進行調整,如鋼結構弧形梁偏差過大,則提前告知相關單位進行整改,很好地杜絕了因鋼結構偏差而無法安裝后續鋼網架的情況。

通過3D掃描建立最外圈與幕墻龍骨直接連接的弧形鋼梁Revit實體模型 (見圖3) 。通過導入現場實際控制點確定與軸網的位置關系。再導入Rhino軟件中。

3.3 3D模擬下單技術

圓鋼龍骨施工是整個項目施工最重要的環節,也是最難的環節,其造型復雜扭曲,空間定位難,在合理誤差范圍內下料難度大。通過Grasshopper參數化優化生成龍骨,批量統計、編號、生成材料加工數據,通過軟件運算,節省時間,且加工精度高、效率快。整個項目的主體結構為鋼結構,在立面上一根根拼裝,龍骨安裝精度無法保證,安裝誤差無法消化;先對安裝過程建立BIM模型進行模擬和演示,優化施工方案,確定最終的安裝方法,在工廠進行拼裝,組成單元式的榀架,然后運用吊機進行整體吊裝,運用BIM批量生成的定位點進行定位,對各定位點進行實時測量放線,確保精確地焊接圓鋼龍骨榀架。

圖3 鋼結構實體模型與設計尺寸對比

圖3 鋼結構實體模型與設計尺寸對比   下載原圖

Fig.3 Comparison of solid model and design dimension of the steel structure

3.4 鋼龍骨單元深化加工

鋼龍骨原設計采用121mm×5mm圓鋼管為相貫線焊接,節點處多為3根圓管相貫,相貫線需在BIM模型中提取,在連接部位增加1個十字連接板 (或T形板) ,連接板的寬度可很好適應圓鋼管角度、位置的變化,使得鋼管的切面由曲面變成平切面,減少了切割難度與工作量 (見圖4) 。

圖4 鋼龍骨深化設計

圖4 鋼龍骨深化設計   下載原圖

Fig.4 Deepening design of steel keels

3.5 鋼龍骨單元焊接質量控制

3.5.1 分塊組裝

鋼龍骨單元在工廠分塊組裝,在進行工藝加工前,設計人員繪制單元鋼架加工圖,采用BIM技術進行放樣。

3.5.2 工藝試驗

在大量制作組裝鋼龍骨單元前先進行工藝試驗,記錄焊接時的氣候條件、焊機參數、電流大小、焊條型號、桿件是否預熱、焊接效果,統計過程中切割、焊接的尺寸變形數據,取得相對準確的工藝誤差及重要的影響因素,后期焊接時根據規范焊接參數和焊接順序進行焊接,厚鋼件焊接時應先預熱,并做好矯正的技術準備。

3.5.3 單元組裝流程

三維模擬→生產車間場地清理→拼裝點位放線→2根120mm×50mm方鋼管呈十字交叉90°焊接在一起→抄平使2根方鋼管4個角在同一平面上→在方鋼管十字交叉處焊接1個10cm厚的鐵塊 (鐵塊的高度根據設計模型需要起拱) →在鐵塊上點焊設計好的十字鐵板→121mm圓管下料打剖口 (設計提供料單下料及圓管剖口尺寸) →用└50焊接一個框架夾住2根121mm圓管 (防止焊接變形) →與十字鐵板焊接→121mm圓管拼接成1個吊裝單元。

3.6 鋼龍骨單元3D測量定位安裝技術

3.6.1 定位放線設備

使用Trimble RS777放樣機器人。該設備支持大數據復雜的BIM模型,能夠快速瀏覽和渲染,可在施工現場管理和創建點,由放樣機器人放置點位,在3D模型瀏覽狀態下放樣,更直觀可視化放樣智能控制水平位置,儀器主視角VISION功能提供更好的控制和圖像截取。

3.6.2 龍骨單元定位

三維模型中,在每榀龍骨的3個角點上各取1個點 (見圖5) ,得出三維坐標 (x, y, z) ,在這3個點上貼好反射片,待龍骨吊至大概位置后,使用放樣機器人坐標放樣程序,輸入待放樣的3個坐標點數據,使用望遠鏡照準反射片十字絲,用對講機指揮安裝工人調動龍骨。當調動距離較大時,使用吊車挪動,當調動距離較小時,使用人工挪動。

圖5 龍骨單元定位

圖5 龍骨單元定位   下載原圖

Fig.5 Location of unit keel

3.6.3 鋼龍骨單元安裝控制要點

1) 裝卸、運輸過程中注意保護單元網架,避免在運輸過程中受到損壞。每次運輸車上堆積不超過5片單元榀網架,每片網架應提前做好編號標記。

2) 吊裝前確定單元網架固定吊裝點,標注好中心線、標高線,左右不對稱單元網架標注安裝方向,標記做到清楚、準確、醒目。

3) 建筑4個面的單元網架分開堆放,吊裝順序從下往上。單元網架安裝時即時校正,并進行永久固定。

4) 吊車邊起、邊吊和回轉,保證單元榀網架平穩吊起。單元網架采用兩點正吊,吊點位于單元上方2根龍骨的中間位置,易于對中校正。

5) 吊裝過程中,設置1臺全站儀配合定位、校正,偏差允許范圍應在±10mm內。安裝固定前須再次校核,且每安裝3片單元榀網架應再次整體復核偏位尺寸,避免返工。

試吊時緩慢起吊,做到各吊點受力均勻并以單元榀網架不變形為最佳狀態,達到要求后即進行吊升旋轉到設計位置,再由工人在地面拉動預先扣在大梁上的控制繩,轉動到位后,用電焊機將其固定。在固定同時,用線錘檢查其垂直度,使其符合精度要求。

3.7 菱形折拼鋁板制作與安裝

每塊菱形折拼鋁板為4片不共面的三角板折拼組合,折拼角度、穿孔圖案、尺寸大小不一。將Rhnio軟件中建模完成的菱形折拼鋁板各板塊尺寸、角度信息提取出來 (見圖6) ,制作成加工單,廠家按加工單用一塊菱形平板按一定角度裁切去余料,再經過如下流程完成:沖孔→彎折→焊接打磨→酸洗→涂層處理→附件安裝成形。

圖6 板塊加工信息

圖6 板塊加工信息   下載原圖

Fig.6 The panel machining information

安裝時,副龍骨為π形帶波紋鋁合金龍骨,與矩形鋼板底座相連并可調整安裝角度,用以調整面層鋁板的安裝角度與進出尺寸,鋁板安裝用ST4.8mm×35mm不銹鋼自攻自鉆螺釘固定。

4 結語

隨著計算機三維模擬技術、3D測量定位技術廣泛應用,曲面、菱形折拼的幕墻越來越多地在大型公共、商業建筑中應用。本文針對異形曲面、菱形折拼鋁板采用3D掃描儀、BIM技術、單元整體吊裝及優化幕墻鋼結構連接方式等方法進行了詳細的闡述,為今后類似工程提供借鑒。


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