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异形曲面菱形折拼铝板幕墙施工技术

来源:http://www.secondhandfilm.com??发布时间:2019-11-26 09:00??浏览量:返回列表

1 工程概况

中国萍乡海绵城市建设展示馆共4层,建筑面积约8 000m2,外墙设计包含开放式穿孔菱形折拼铝板、内层铝板幕墙+铝合金窗、百叶、门厅磨砂玻璃雨棚+侧面点式玻璃幕墙、明框彩釉玻璃幕墙 (海绵景观部分) 、点式磨砂玻璃幕墙、树脉彩釉点式玻璃幕墙。异形曲面菱形折拼铝板幕墙为开放式双层幕墙,主体钢结构外包覆装饰性幕墙,外层面积约3 600m2,内层约4 300m2,外观层次分明,错落新颖 (见图1) 。

2 施工难点分析

2.1 异形曲面幕墙放线定位工作量大控制难

该幕墙平面上四角倒圆弧,中部内弧,且各层弧度不一,菱形板贯通弧线无确定规律,幕墙层间有进出错位关系,错层安装幕墙钢结构龙骨不在同一立面,在主体钢结构弧形梁上安装幕墙龙骨需单独放样,面板的测量定位工作量大。

图1 展示馆建筑效果

图1 展示馆建筑效果   下载原图

Fig.1 The architecture effect of the exhibition hall

2.2 幕墙钢结构龙骨焊接变形控制难

幕墙主钢结构龙骨采用121mm×5mm圆钢管,焊接为菱形分格的单元,共有152榀单元龙骨。每个单元大小、弧度不一,如何准确保证单元榀龙骨的焊接精度是难点。

钢龙骨单元的变形包括:焊接冷却收缩变形,平地组装后立面吊装拉伸变形,承载面板重量、温度变化后的系统变形、运输振动、挤压造成的变形等,对施工安装质量造成难以预估的影响。

2.3 菱形折拼铝板规格各异,下单难度大

弧形穿孔铝板幕墙造型复杂,整体造型为不规则弧面,铝板穿孔样式有6种,铝板规格种类多样,加工成本较高,按常规下料方式难以保证下料精度和速度。

2.4 菱形折拼铝板制作安装难度大

菱形折拼铝板制作时折拼角度、穿孔图案、尺寸大小不一,安装时角度、进出位置调整较难,整体排列无规律可循。

穿孔铝板规格根据穿孔类型和尺寸分类达1 000多种,每块铝板顺利安装到对应位置难度大。

3 关键施工技术

3.1 3D模拟技术

应用Rhino+Grasshopper软件,对每块铝板进行参数化模拟分析,对每块铝板编号确保安装位置准确无误,把弧形曲面铝板优化为平行四边形穿孔折板 (见图2) , 4个端点都在完成面上,保证外观效果的同时铝板规格种类最少,大大节省了加工及材料成本,同时缩短了铝板加工周期,保证了施工进度。

图2 弧形铝板优化模型

图2 弧形铝板优化模型   下载原图

Fig.2 Optimization model of arc aluminum panel

3.2 3D扫描比对技术

对现场安装完成的主体钢结构进行3D扫描,经过数据处理建立与幕墙工程相关的主体钢结构的实际模型。将实际模型与上述设计模型进行整合比对,检查主体钢结构与幕墙构件的位置关系,对幕墙支座长度不足或超长的位置进行调整,如钢结构弧形梁偏差过大,则提前告知相关单位进行整改,很好地杜绝了因钢结构偏差而无法安装后续钢网架的情况。

通过3D扫描建立最外圈与幕墙龙骨直接连接的弧形钢梁Revit实体模型 (见图3) 。通过导入现场实际控制点确定与轴网的位置关系。再导入Rhino软件中。

3.3 3D模拟下单技术

圆钢龙骨施工是整个项目施工最重要的环节,也是最难的环节,其造型复杂扭曲,空间定位难,在合理误差范围内下料难度大。通过Grasshopper参数化优化生成龙骨,批量统计、编号、生成材料加工数据,通过软件运算,节省时间,且加工精度高、效率快。整个项目的主体结构为钢结构,在立面上一根根拼装,龙骨安装精度无法保证,安装误差无法消化;先对安装过程建立BIM模型进行模拟和演示,优化施工方案,确定最终的安装方法,在工厂进行拼装,组成单元式的榀架,然后运用吊机进行整体吊装,运用BIM批量生成的定位点进行定位,对各定位点进行实时测量放线,确保精确地焊接圆钢龙骨榀架。

图3 钢结构实体模型与设计尺寸对比

图3 钢结构实体模型与设计尺寸对比   下载原图

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

3.4 钢龙骨单元深化加工

钢龙骨原设计采用121mm×5mm圆钢管为相贯线焊接,节点处多为3根圆管相贯,相贯线需在BIM模型中提取,在连接部位增加1个十字连接板 (或T形板) ,连接板的宽度可很好适应圆钢管角度、位置的变化,使得钢管的切面由曲面变成平切面,减少了切割难度与工作量 (见图4) 。

图4 钢龙骨深化设计

图4 钢龙骨深化设计   下载原图

Fig.4 Deepening design of steel keels

3.5 钢龙骨单元焊接质量控制

3.5.1 分块组装

钢龙骨单元在工厂分块组装,在进行工艺加工前,设计人员绘制单元钢架加工图,采用BIM技术进行放样。

3.5.2 工艺试验

在大量制作组装钢龙骨单元前先进行工艺试验,记录焊接时的气候条件、焊机参数、电流大小、焊条型号、杆件是否预热、焊接效果,统计过程中切割、焊接的尺寸变形数据,取得相对准确的工艺误差及重要的影响因素,后期焊接时根据规范焊接参数和焊接顺序进行焊接,厚钢件焊接时应先预热,并做好矫正的技术准备。

3.5.3 单元组装流程

三维模拟→生产车间场地清理→拼装点位放线→2根120mm×50mm方钢管呈十字交叉90°焊接在一起→抄平使2根方钢管4个角在同一平面上→在方钢管十字交叉处焊接1个10cm厚的铁块 (铁块的高度根据设计模型需要起拱) →在铁块上点焊设计好的十字铁板→121mm圆管下料打剖口 (设计提供料单下料及圆管剖口尺寸) →用└50焊接一个框架夹住2根121mm圆管 (防止焊接变形) →与十字铁板焊接→121mm圆管拼接成1个吊装单元。

3.6 钢龙骨单元3D测量定位安装技术

3.6.1 定位放线设备

使用Trimble RS777放样机器人。该设备支持大数据复杂的BIM模型,能够快速浏览和渲染,可在施工现场管理和创建点,由放样机器人放置点位,在3D模型浏览状态下放样,更直观可视化放样智能控制水平位置,仪器主视角VISION功能提供更好的控制和图像截取。

3.6.2 龙骨单元定位

三维模型中,在每榀龙骨的3个角点上各取1个点 (见图5) ,得出三维坐标 (x, y, z) ,在这3个点上贴好反射片,待龙骨吊至大概位置后,使用放样机器人坐标放样程序,输入待放样的3个坐标点数据,使用望远镜照准反射片十字丝,用对讲机指挥安装工人调动龙骨。当调动距离较大时,使用吊车挪动,当调动距离较小时,使用人工挪动。

图5 龙骨单元定位

图5 龙骨单元定位   下载原图

Fig.5 Location of unit keel

3.6.3 钢龙骨单元安装控制要点

1) 装卸、运输过程中注意保护单元网架,避免在运输过程中受到损坏。每次运输车上堆积不超过5片单元榀网架,每片网架应提前做好编号标记。

2) 吊装前确定单元网架固定吊装点,标注好中心线、标高线,左右不对称单元网架标注安装方向,标记做到清楚、准确、醒目。

3) 建筑4个面的单元网架分开堆放,吊装顺序从下往上。单元网架安装时即时校正,并进行永久固定。

4) 吊车边起、边吊和回转,保证单元榀网架平稳吊起。单元网架采用两点正吊,吊点位于单元上方2根龙骨的中间位置,易于对中校正。

5) 吊装过程中,设置1台全站仪配合定位、校正,偏差允许范围应在±10mm内。安装固定前须再次校核,且每安装3片单元榀网架应再次整体复核偏位尺寸,避免返工。

试吊时缓慢起吊,做到各吊点受力均匀并以单元榀网架不变形为最佳状态,达到要求后即进行吊升旋转到设计位置,再由工人在地面拉动预先扣在大梁上的控制绳,转动到位后,用电焊机将其固定。在固定同时,用线锤检查其垂直度,使其符合精度要求。

3.7 菱形折拼铝板制作与安装

每块菱形折拼铝板为4片不共面的三角板折拼组合,折拼角度、穿孔图案、尺寸大小不一。将Rhnio软件中建模完成的菱形折拼铝板各板块尺寸、角度信息提取出来 (见图6) ,制作成加工单,厂家按加工单用一块菱形平板按一定角度裁切去余料,再经过如下流程完成:冲孔→弯折→焊接打磨→酸洗→涂层处理→附件安装成形。

图6 板块加工信息

图6 板块加工信息   下载原图

Fig.6 The panel machining information

安装时,副龙骨为π形带波纹铝合金龙骨,与矩形钢板底座相连并可调整安装角度,用以调整面层铝板的安装角度与进出尺寸,铝板安装用ST4.8mm×35mm不锈钢自攻自钻螺钉固定。

4 结语

随着计算机三维模拟技术、3D测量定位技术广泛应用,曲面、菱形折拼的幕墙越来越多地在大型公共、商业建筑中应用。本文针对异形曲面、菱形折拼铝板采用3D扫描仪、BIM技术、单元整体吊装及优化幕墙钢结构连接方式等方法进行了详细的阐述,为今后类似工程提供借鉴。


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