青島大劇院屋蓋鋁板格柵設計與施工（下）

　　本文作者：劉祥峰 張桂平 趙西安
　　4 格柵施工安裝中的問題
　　4.1 板塊模數化、類型
　　格柵的分格也有其獨到之處，屋蓋格柵工程面板共計117，800m²,加工圖、加工單的繪制和統計工作量巨大，若無規律可循，那將是非常麻煩的事情，所以在確定分格時，面板在一個大的單元內板塊均分，這樣該單元內的鋁板寬度都是同一個數值(如圖12)，只是面板的邊角有些許的不同，提高了工作效率。

圖12  鋁板格柵局部立面圖

　　4.2 大板塊的加工成型
　　由于新穎的立面分格和獨特的面板安裝方式，對面板加工的誤差要求是嚴格的，加工廠要保證板塊邊長長度在4m以上的，加工誤差都必須保證在-2mm以下；板塊邊長長度在2m以內的則加工誤差不得超過1mm。鋁合金板的噴涂顏色也是經設計方反復斟酌最終敲定的。

　　青島大劇院屋蓋格柵鋁板，大多屬于超大板塊，因此鋁卷開平采用特制高精度的“飛剪”機以及21棍矯平機，可以保證鋁板原材的平整度；加強筋采用“U”形折邊件，加強筋到折邊留一定距離，以保證安裝。加強筋安裝方向為鋁板短邊方向。長邊方向加邊筋以保證鋁板更好的剛性。種焊螺栓加密到200mm一檔，種焊深度加深到1.5mm；加強筋采用與鋁板折邊焊接的方式（如圖14），充分發揮鋁加強筋的作用，以保證強度的同時提高了面板的平整度；運輸和工地抬板、放板時注意要垂直地面，保證鋁板不變形　

　

圖13  超大板塊　

圖14 加強筋與面板折邊焊接

　 　　在屋蓋格柵面板的樣式中有截面為弧形的“W”型板（如圖15、圖16）。該類型板的特點是長度大，長度均在4m以上，截面復雜且帶有弧形，加工精度難控制。綜合上述因素，鋁板的加工圖繪制必須1：1放樣，精確定尺，采取雕刻機雕刻的形式來裁板并采取分段加工，直段和弧段等單獨加工制作，加工過程要不斷地校尺以控制尺寸精度。在加工弧段時，首先用雕刻機把該板的底板部分制作出來，再分別來加工該板的兩條邊，兩條邊按照所需的半徑，分別上機拉彎，然后把各部分組合焊接起來。在解決由于較長的焊縫帶來的變形問題，在焊接的同時，采用水冷來降低鋁板的溫度；再通過設置輔筋的辦法，加強板的剛度，提高精度　

圖15 圓弧造型局部

圖16  W型板截面圖

　　4.3 防腐措施.
　　外帷幕系統的防腐主要由兩個方面組成，首先是不同金屬材質接觸部位；另外是鋼材（焊縫）的防銹蝕：

　　在不同金屬材質接觸的地方，如面板上的鋁型材與鋼材連接部位，放置三元乙丙橡膠墊塊，防止發生異電位腐蝕。

　　青島屬于沿海城市，空氣濕度大，鹽霧現象嚴重，這對屋蓋格柵龍骨、連接件等非常不利。做為屋蓋格柵的結構構件，鋼材的防腐尤為重要，尤其是焊接點部位，屋蓋格柵龍骨采用的是富鋅底漆的防腐措施，鋼材表面、焊接處的除銹要相當徹底，由人工用一些比較簡單的工具，如刮刀、砂輪、鋼絲刷等工具，清除鋼構件上的雜物及鐵銹，除銹等級達到st3.0級。只有這樣富鋅底漆才能分發揮出其特點，達到持久的防腐目的
　　4.4 安裝順序的確定
　　在施工過程中遵循大的原則是由內而外，支座向懸挑，最后圓弧合攏的施工順序。具體如先由S軸開始向R軸方向進行，再由U軸開始向W軸方向進行；同時由2/20軸處向14軸方向，隨后進行2/20軸處向26軸方向安裝。

　

圖17  平面示意圖　

　　4.5 構件尺寸、重量過大，吊裝采取的措施
　　為了營造格柵銀頂的輕盈和靈透，屋蓋格柵的結構采用的是鋼桁架結構，主結構是上下兩根規格為400*200的“H”型鋼組成的桁架，次結構主要用來承擔鋁板格柵自重和風荷載作用，由100*100*10角鋼組成。整個工程鋼結構體量巨大，為實現建筑意境，工程中還大量采用了大跨度、大懸挑的結構設計，使得單個構件重量多數在10噸以上，鋼桁梁單根最重達５０噸、最大跨度達78m、高5.7m，最大懸挑也有25m，這使得鋼桁架在施工過程中大噸位的吊裝、精確定位等就變得十分難以控制。

圖18  大跨度效果（鋁板安裝前）

圖19  大跨度效果（鋁板安裝后）

圖20  懸挑端效果

　　4.6 主體鋼結構偏差過大，格柵的調整適應措施
主體結構的大跨度、大懸挑造成了結構在安裝定位過程中出現較大偏差；鋼結構在施工完成后，由于鋁板格柵系統荷載的施加，鋼結構整體會有大幅的、不同程度的沉降，其隨著時間的不同（如季節、早晚等），沉降數值是不斷變動的。

圖21  懸挑端局部效果

　　鋁板格柵系統設計初考慮了適應主體結構變形的因素，豎龍骨與主體結構間留有10mm間隙，在固定面板的鋁合金連接件與龍骨之間配合4mm橡膠墊。但是在鋁板格柵放線完畢后發現，鋼結構水平方向的偏差遠遠超出了該系統的設計值，為此鋁板格柵系統的龍骨系統做出了調整，把龍骨在與鋼結構干涉部位斷開，使系統的調節量由原來的10mm提高到60mm，基本解決了主體結構偏差位移帶來的影響（如圖22）。

圖22

　　但是由于龍骨斷開，系統受力模型改變，需要增加焊接點，在鋼結構主體受荷后，大量的集中焊接，對受力非常不利。因此確定了少量焊接，分散實施的方案，即在一個區域進行了少量的焊接后，變換施工作業面，不同區域交替焊接施工，避免了局部大量受熱，保證了結構的安全。

　　4.7 安裝過程中主體結構變形、沉降、安裝定位標高的預留
　　由于鋁板格柵系統的施工，主體鋼結構處在一個動態的變化中，隨著格柵荷載的不斷施加，鋼結構也在慢慢沉降變形，標高產生變化。鋼桁架轉折部位即圓弧處是結構受力方向發生變化的地方（如圖中T軸位置），鋼桁架向側面偏轉15°，就此榀桁架而言形成了懸挑，鋼桁架本身由上下弦桿組成，重力施加方向的改變，使兩弦桿發生相對運動，造成了桁架在圓弧處發生平面外的扭轉，結構本身即存在沉降又有水平方向的偏差，這不僅對設計方案體出了要求，也使屋蓋格柵的施工面臨著挑戰。

　　為此采取現場實測加軟件輔助設計的方法，推算得到了鋼結構在屋蓋格柵施工的過程各階段的沉降值，作為考慮具體施工方案的依據。

　　以計算的沉降數據為依據，預留沉降量，待龍骨及鋁板荷載安裝施加后，達到鋁板水平線基本一致的設計效果。具體做法如下：

　　根據鋼結構加載完龍骨及鋁板荷載后的沉降變形數據，對于變形的鋼梁，依據數據顯示的沉降量，在施工前，假定其已經施荷沉降完畢，鋼梁已經處在變形到沉降數據狀態中的位置，施工放線時，依據提供的鋼結構下降數據把豎龍骨及橫龍骨的底部標高按照沉降數據預先升高
　　對于豎龍骨安裝，因為是垂直方向，鋼結構下降對其受力不發生影響，因此可不做考慮，直接垂直安裝即可。

　　橫梁安裝應考慮鋼結構下降所產生的內力，橫梁與立柱所連接角碼擬采用長條孔，且所連接螺栓暫不擰緊，待全部龍骨安裝完畢后鋼結構會有一定的下降，能消耗由此產生的橫龍骨的位移量，此時再緊固螺栓以校正橫梁龍骨線，但需預留端部兩個分格龍骨。然后開始安裝鋁板，鋁板安裝應依照根部到端部的順序進行安裝，安裝至端部兩個分格的時候，因為大部分荷載都已施加到到鋼結構上，沉降已基本到位，此時觀察鋼結構的沉降值，如達到所提供的數量值，再校正最外兩個分格的橫龍骨線，緊固螺栓，然后安裝鋁板。這樣在施工中消化下降對安裝龍骨鋁板的影響，待安裝完畢后鋁板標高一平。

　　主體結構變形縫主要考慮地震作用及溫度應力。變形縫區域格柵龍骨與其它區域相對獨立，面板為3mm鋁合金單板，安裝方式為插接連接，保證了屋蓋格柵系統本身不會對主體鋼結構的變形產生約束。為了應對溫度應力龍骨采用螺接，且龍骨上設計長孔，格柵面板為插接形式，溫度產生的應力被大段格柵分段消化。

　　5．結語
　　建筑造型的新穎、獨特，對建筑外帷幕系統提出的要求越來越高，幕墻科技的進步相當一部分是為了適應建筑主體復雜形態的要求。

青島大劇院項目無論是從外觀的設計，還是系統結構及構造形式均堪稱國內首創，尤其是主體結構如此大的跨度和懸挑；在本工程的設計和施工中所采用的一系列的應對措施，如針對面板開縫式的插接系統、鋼結構出現較大偏差時系統的變化能力以及在鋼結構出現沉降后的施工工法，都對今后類似工程的實現具有參考意義。

　　參考文獻
　　［1］、《金屬與石材幕墻工程技術規范》 JGJ133-2001
　�。�2］、趙西安 《建筑幕墻工程手冊》，2002年

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