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摘要：高難度無(wú)規(guī)律超極限工期異形鋁板幕墻項(xiàng)目，設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究課題
關(guān)鍵詞：高難度無(wú)規(guī)律復(fù)雜造型鋁板;三角形鋁板;球形玻璃采光頂;三維扭曲拼接桿件;局部連接件有限元仿真計(jì)算分析;40天極限工期;施工測(cè)量定位
1、工程根況
武當(dāng)一夢(mèng)10#樓幕墻工程分為音樂(lè)餐廳和多功能廳兩大區(qū)域。音樂(lè)餐廳為圓形鋁板屋面（詞條“鋁板屋面”由行業(yè)大百科提供）和梯形玻璃幕墻組成，多功能廳由陰陽(yáng)魚(yú)曲面造型鋁板、玻璃幕墻和球形玻璃采光頂組成。其中陰陽(yáng)魚(yú)曲面造型鋁板和球形玻璃采光頂?shù)陌鍓K為三角形板塊，采用三角形板塊能使整個(gè)曲面看起來(lái)非常順滑美觀，非常適合本項(xiàng)目的造型。
2、高難度無(wú)規(guī)律復(fù)雜造型鋁板的技術(shù)重難點(diǎn)(鋼片架的設(shè)計(jì)、加工、安裝)
本工程多功能廳陰陽(yáng)魚(yú)曲面造型鋁板，因其獨(dú)特的外觀造型，造型無(wú)任何規(guī)律，鋁板的主龍骨設(shè)計(jì)加工和安裝存在極大的困難。經(jīng)過(guò)我們?cè)O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)整個(gè)造型進(jìn)行分析，最終決定將主龍骨采用三維扭曲拼接桿件的設(shè)計(jì)方法，三維扭曲拼接桿件的設(shè)計(jì)、加工、安裝是本項(xiàng)目的一大難點(diǎn)。我們依照這個(gè)思路進(jìn)行精細(xì)實(shí)體建模，建成深度LOD 400的施工模型，模型中的桿件可直接提取加工圖。
2.1三維扭曲拼接桿件的設(shè)計(jì)
為了克服復(fù)雜曲面造型鋁板的問(wèn)題，設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮將三維扭曲拼接桿件在地面上先拼接加工成一榀榀的鋼片架，再將鋼片架進(jìn)行吊裝，鋼片架的長(zhǎng)度依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地和施工機(jī)具的要求來(lái)劃定。先將施工模型中的桿件提取出來(lái)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求劃定片架長(zhǎng)度，片架是采用的120*60*4的方鋼管一段段的拼焊出來(lái)的，地面加工的時(shí)候需要每一段鋼方管的下料長(zhǎng)度、角度和加工坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，而且切割角度是二面角。整個(gè)魚(yú)形造型鋁板的片架有300多榀，每榀鋼片架的下料長(zhǎng)度、角度、加工坐標(biāo)等數(shù)據(jù)有200多個(gè)，而且每榀鋼片架都不一樣。面對(duì)如此巨大的設(shè)計(jì)工作量，我們采用了犀牛GH參數(shù)化、程序化的設(shè)計(jì)方法，在極段的時(shí)間內(nèi)完成了7萬(wàn)多個(gè)加工數(shù)據(jù)和300多榀鋼片架的加工圖。
2.2三角形鋁板面板設(shè)計(jì)
多功能廳鋁板造型為不規(guī)則曲面造型，我們經(jīng)過(guò)綜合分析，最終采用了三角形面板，三角形面板能夠很好的適應(yīng)各種不規(guī)則的曲面，而且便于加工和安裝，成形后的曲面效果非常順滑，三角形面板合理的排布，使得整個(gè)曲面鋁板造型紋理更加美觀。
2.3三維扭曲拼接桿件的加工
根據(jù)鋼片架設(shè)計(jì)加工圖紙和數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)先將6米的120*60*4的鋼方管原材料按加工尺寸和角度切割成一段段的鋼方管，鋼方管的兩端為二面角，每根切割的鋼方管長(zhǎng)度角度都不一樣，角度的精度要求高。鋼管切割完畢后，按照鋼片架加工模型中的鋼方管編號(hào)將鋼方管在地面擺放好，先將擺放好的鋼方管平面內(nèi)的角度和坐標(biāo)定位好，焊接的時(shí)候?qū)⑵矫嫱獾淖鴺?biāo)通過(guò)角鋼支架來(lái)定位，定位完畢后，對(duì)每段鋼管的拼接部位進(jìn)行滿焊。焊接完成的鋼片架需要經(jīng)二次尺寸和坐標(biāo)的復(fù)核，發(fā)現(xiàn)偏差較大的鋼片架還需要進(jìn)行調(diào)校，確保最終達(dá)到規(guī)定的偏差要求方可吊裝。
2.4三維扭曲拼接桿件的吊裝
將加工完成的鋼片架吊裝也是一件比較困難的事情，鋼片架由多段鋼方管拼焊在一起，一榀鋼片架長(zhǎng)度有10米左右，在起吊的過(guò)程中很容易發(fā)生彎曲變形，甚至是撕裂焊縫，吊裝還需要按模型坐標(biāo)精準(zhǔn)定位;為了解決吊裝的時(shí)候鋼架變形的問(wèn)題，我們?cè)诘跹b前將鋼片架上加焊了斜撐，斜撐設(shè)置在最容易變形的部位，等吊裝完成后再拆除;鋼片架的定位方面我們采用了三點(diǎn)定位，分別是鋼片加的上端點(diǎn)、中間點(diǎn)、下端點(diǎn)，將這三個(gè)點(diǎn)按模型中坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行定位，定位完成后焊接鋼片架支撐鋼方管。
3、球形玻璃采光頂鋁合金底座技術(shù)重難點(diǎn)(設(shè)計(jì)、加工、安裝)
球形玻璃采光頂是本項(xiàng)目的一大亮點(diǎn)，支撐鋼結(jié)構(gòu)為三角形焊接拼裝鋼管結(jié)構(gòu)，鋼管結(jié)構(gòu)外部設(shè)置一層鋁型材（詞條“鋁型材”由行業(yè)大百科提供）龍骨支撐玻璃面板，鋁型材龍骨與鋼結(jié)構(gòu)間采用鋼加工件來(lái)連接，鋼加工件可實(shí)現(xiàn)橫向和豎向兩個(gè)方向的調(diào)節(jié)，使得能很好的解決主體鋼結(jié)構(gòu)的偏差問(wèn)題。玻璃面板采用三角形面板，面板與鋁型材支撐桿件的玻璃副框采用了可適應(yīng)任意角度的鋁型材玻璃副框。節(jié)點(diǎn)（詞條“節(jié)點(diǎn)”由行業(yè)大百科提供）交匯處為六根切割成角度桿件拼接在一起，使得拼角部位從室內(nèi)看嚴(yán)密而美觀。球形玻璃采光頂設(shè)計(jì)的時(shí)候還充分的考慮到室內(nèi)冷凝水的收集排放問(wèn)題，支撐面板的鋁型材桿件上設(shè)置了排水槽，當(dāng)玻璃有冷凝水可經(jīng)過(guò)排水槽排出。
3.1球形玻璃采光頂鋁合金龍骨設(shè)計(jì)
根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)公司提供的鋼構(gòu)（詞條“鋼構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）模型，提取出交匯節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)建立玻璃面，劃分玻璃板塊，玻璃板塊的劃分與鋼構(gòu)幾何尺寸保持一致，從室內(nèi)看鋁型材龍骨桿件與鋼構(gòu)桿件重合在一起，不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)開(kāi)遮擋視線的問(wèn)題。在犀牛模型中提取玻璃板塊邊線，生成鋁合金龍骨桿件，對(duì)生成的鋁型材龍骨桿件根據(jù)長(zhǎng)度和角度的不同進(jìn)行歸類編號(hào)。桿件交匯處需要進(jìn)行角度切割，最終將六根桿件拼成六邊形交匯點(diǎn)，拼接處進(jìn)行打密封膠處理。鋁合金龍骨桿件的設(shè)計(jì)還充分的考慮到了室內(nèi)冷凝水排放問(wèn)題，龍骨桿件開(kāi)模的時(shí)候設(shè)置了冷凝水的收集排水槽，可將室內(nèi)的冷凝水經(jīng)排水槽排出。
3.2球形玻璃采光頂冷凝水排水、可變角度玻璃副框設(shè)計(jì)
因項(xiàng)目所在地常年空氣潮濕、溫差大，極易在玻璃球室內(nèi)的玻璃上形成冷凝水，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候也考慮到了冷凝水的排水問(wèn)題，當(dāng)玻璃上凝聚水珠后，水珠受重力影響會(huì)沿著玻璃表面流到鋁合金龍骨的排水槽中，排水槽會(huì)將收積后的冷凝水順著排水槽排出;球形玻璃采光頂由1300多塊不同尺寸的三角形玻璃組成，相領(lǐng)兩塊玻璃面板處均有一定的角度，不同尺寸的三角形面板夾角均不相同，為了解決這種夾角角度多的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)副框的時(shí)候采用了旋轉(zhuǎn)可變化角度的副框，副框由兩部分的鋁型材組成，由半圓形的扣環(huán)扣在一起，可旋轉(zhuǎn)變換角度，采用這種設(shè)計(jì)，解決了夾角角度多的問(wèn)題。
3.3球形玻璃采光頂鋁合金龍骨加工
玻璃球?yàn)槿切蚊姘�，而且尺寸較多，交匯點(diǎn)的6根鋁型材桿件存在多種角度，這樣給加工和安裝都帶來(lái)了不小的困難。鋁合金龍骨桿件加工前先在模型中將鋁合金龍骨按實(shí)際尺寸和角度建模，對(duì)模型中桿件分別編號(hào)，從建好的模型中將每個(gè)編號(hào)提取出來(lái)生成二維的加工圖紙，整個(gè)玻璃球桿件有400多種尺寸規(guī)格，2000多支桿件。
3.4球形玻璃采光頂鋁合金龍骨安裝
球形玻璃采光頂鋁合金龍骨安裝，先從模型中導(dǎo)出龍骨定位坐標(biāo)，將加工好的鋁型材桿件采用角鋼臨時(shí)定位在鋼結(jié)構(gòu)上，將鋼連接件調(diào)整準(zhǔn)確后與鋼構(gòu)焊接，鋼件與鋁型材桿件的連接螺栓及時(shí)安裝。安裝順序?yàn)橄葯M向一圈圈的從下往上安裝，橫向安裝完畢后，再安裝豎向桿件。整個(gè)桿件安裝完成后用全站儀復(fù)核桿件的安裝偏差，確定偏差不影響玻璃面板的安裝后方可進(jìn)行面板玻璃的安裝。
4、犀牛建模和GH參數(shù)化、程序化設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用
本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上充分的運(yùn)用了犀牛建模和GH參數(shù)化、程序化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)犀牛三維建模軟件創(chuàng)建幕墻模型，準(zhǔn)確地呈現(xiàn)幕墻的形態(tài)和構(gòu)造。在鋁板龍骨的加工、安裝坐標(biāo)提取、鋼片架加工圖尺寸及坐標(biāo)提取采用了GH參數(shù)化、程序化技術(shù)處理了大量運(yùn)算數(shù)據(jù);在鋁板面材下料方面，采用了GH電池組編寫的程序，進(jìn)行鋁板的編號(hào)、切縫、加工尺寸數(shù)據(jù)導(dǎo)出、在極短的時(shí)間內(nèi)將9000多塊不同尺寸的鋁板下單，并且沒(méi)有一塊鋁板出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而保證了本項(xiàng)目的工期要求。設(shè)計(jì)工作將本來(lái)需要三個(gè)月的設(shè)計(jì)時(shí)間壓縮到一個(gè)月的時(shí)間，這也充分的體現(xiàn)了GH參數(shù)化和程序化技術(shù)在工作效率和準(zhǔn)確率上面的優(yōu)勢(shì)。
5、幕墻節(jié)點(diǎn)計(jì)算分析
在本項(xiàng)目中除了運(yùn)用了傳統(tǒng)的公式計(jì)算幕墻的結(jié)構(gòu)外，在重要部位的節(jié)點(diǎn)上還采用了有限元仿真計(jì)算分析，將重要的幕墻連接構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）進(jìn)行力學(xué)計(jì)算分析，保障了幕墻的安全性。
6、創(chuàng)新總結(jié)
由于這個(gè)項(xiàng)目的工期緊，只有40天的工期，而且外觀造型非常復(fù)雜，給項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)，在設(shè)計(jì)中為了滿足工期要求，只能最大限度壓縮設(shè)計(jì)圖紙、建模和材料下單的時(shí)間。為了保證項(xiàng)目的工期要求，設(shè)計(jì)上運(yùn)用了三維扭曲拼接桿件的新思路來(lái)設(shè)計(jì)幕墻的主龍骨，通過(guò)本項(xiàng)目運(yùn)用三維扭曲桿件的思路設(shè)計(jì)、加工、安裝技術(shù)來(lái)施工幕墻主龍骨，充分的證明了這個(gè)思路的可行性，并且在地面將龍骨加工后進(jìn)行吊裝，可最大限度的提高施工效率，也可以降低了施工成本，有效的保證了工期。在設(shè)計(jì)中采用了GH參數(shù)化、程序化新技術(shù)，提高了設(shè)計(jì)的工作效率。在結(jié)構(gòu)計(jì)算方面還運(yùn)用了有限元仿真計(jì)算分析技術(shù)，對(duì)復(fù)雜的連接部位進(jìn)行精準(zhǔn)的力學(xué)計(jì)算分析，保障了幕墻連接的安全性。
工作單位：北京凌云宏達(dá)幕墻工程有限公司
