大跨度多曲率异型铝合金结构的施工控制要点审核解析余士华

大跨度多曲率异型铝合金结构的施工控制要点审核解析余士华

余士华蒋铮

无锡华诚建设监理有限公司江苏无锡214000

摘要：随着材料工业的发展和施工技术的进步，铝合金结构的应用越来越多。特别是在一些大型公共建筑工程和文化旅游建筑工程中，越来越体现出这种结构形式的优越性。铝合金材料具有密度小，比强度高；耐腐蚀；可表面处理；装饰面处理容易且效果好，塑性好，可加工成各种形状和规格。在南京市牛首山旅游一期工程佛顶宫中采用了大量的铝合金结构，很好地体现了铝合金结构造型漂亮，施工快速、简单、精确，完美地体现设计意图，逼真地实现了设计效果。为了做好对这种大跨度多曲率异型铝合金结构的施工控制，监理在开展工作之初就把预控工作作为监理工作的重点，特别是对于方案的选择与审查，提出了很多的修改意见，有一个系统、完整的施工组织设计来指导整个施工，取得了很好的效果。

关键词：大跨度结构施工

一、工程概况：

牛首山大文化旅游区一期工程大小穹顶均采用了铝合结构。

小穹顶长约１５０米，宽约１００米，结构采用单层铝合金网壳结构，由内外两层铝合金单层三向网络组成，外层结合防水铝板形成防水体系，在完成防水屋面后，再在屋面铝板上安装约５０００块形似双手合十的佛手造型，远看小穹顶又整体形成摩尼宝珠造型，与下层环廊的莲花造型一起构成莲花托珍宝的意境。整个小穹项具有构件种类多，曲率变化大、网壳坡度陡（最大处７０度）、安装精度要求高、高空闭合体系自约束等特点。

大穹顶屋盖结构体系为单层铝合金网壳，整体为不规则曲面结构。大穹顶长轴250m，短轴112m，高度56.8m，总覆盖面积20968㎡，铝合金结构总重约910t，单根构件最重224.5kg，每平米铝合金结构用量为43.4kg/㎡，整个大穹顶为自由曲面；大穹顶网壳网格在3-4m之间，杆件基本采用铝合金型材。大穹顶共有80个支座，山体上有24个，大树上有48个，小树有8个，如下图黑点所示。

大穹顶立面图

二、施工方案选择与施工组织设计的监理要点

在施工准备阶段，监理除监督做好分包单位的比选，监督完成分包合同及施工单位资质、人员报审，审查施工图的深化设计。在准备施工阶段，为了更好地控制施工质量、安全、工期，监理重点做好以下工作：

１、施工方案的选择与比较

对于大型复杂的专项施工工程，作为项目监理组在拿到图纸后，要首先熟悉图纸，进行审图，除检查图纸有无错漏外，最重要的是方案的选择。施工方案的选择直接关系到工程的施工质量、安全、成本、工期，对于文化旅游项目，一般工期都非常紧，很多情况会把工期放在优先考虑的位置，作为监理，在拿到图纸后要先与施工单位、业主单位沟通，本工程中的大、小穹顶的施工方案都经过了专家的论证。在方案报审到监理之前，先应就选择合理施工方案进行初步论证，在没有形成正式的方案之前，监理组织召开方案的选择论证会议，首先是确保方案的安全性，对安全风险较大的方案进行排除，在保证安全的前提就，就各方案的质量、安全、工期进行评估，以选择合理的方案。在大小穹顶的施工中，影响工期的主要施工因素是脚手架的选择，分别选择的方案有：网架胎架、普通钢管脚手架、型钢格构架、盘扣架及由格构架和盘扣架组成的混合架体，在经过比较后，在小穹顶的施工中，选择了使用盘扣架，主要原因是，相对型钢格构架和网架胎架，费用较低，搭设周期短，可以一架多用，在整个施工过程中，随施工进度，有六次架体的升、降，同时能满足穹顶结构、水电安装、内层树枝状天花吊顶的施工，搭拆灵活。在小穹顶的经济、技术对比中，仅就盘扣架与钢管架的对比，使用盘扣架可以减少钢管用量一半以上，大大减少了楼板的脚手架施工荷载。因为盘扣架的主要受力杆件采用Ｑ３４５，强度远高于普通钢管。且壁厚完全合格，而普通脚手架钢管市场上基本没有合格钢管，盘扣架连接采用盘扣式连接，在连接处采用销扣，只需插紧就可以了，连接与检查都很方便，而不需要对扣件进行检测，也不存在现场的扭矩检查。而在施工过程中，扣件的质量与扭矩值往往也很难达到要求。搭设时间可以减少三分之二，如果仅一次使用，则费用会高百分之十五左右，由于可以一架多用且升降灵活。而且盘扣架还有一个很大的优势是，在低层空间可以很方便地设计出大空间的通道，便于人员与材料通行。因此，盘扣架在工期与质量上有很大的优势。而在大穹顶的施工过程中则采用型钢格构架（主要由方管与Ｌ角钢组成）与盘扣架的组合形式。这种形式经过了全钢格构形式、全盘扣架，以及与之相适应的全面滑移，全面散拼，最后经过技术经济比较，采用格构架与盘扣架，可以节省一半工期，费用也比整体滑移加格构架减少一半。原因是在大穹顶的中间部分，顶高57米，如果用盘扣架，一是架体搭的周期长，二是对地面楼板的荷载大，三是不利于地面人员与材料的通行。因此，在这一部分用格构架，在场地制作成半成品，现场拼装。而在靠近山体一侧的坡面，及小树柱周边，架体比较矮，易于盘扣架的搭设。也有利于在中间进行滑移施工，在两边进行散拼作业。

２、施工组织设计中专项方案的审查要点

本工程由于施工复杂，在国内工程中是宽度最大的穹顶结构之一。因此，要求施工单位进行专家论证。在方案论证前，监理对施工方案先进行初步审查，并提出自己的意见，在方案的初步审查过程中，监理主要对以下问题进行审查，一部分内容，在施工组织设计中忽略了，监理及时指出，并对内容进行了补充：

1）脚手架方案

脚手架方案最高达到５７米，其中室内的小穹顶盘扣架最高达到４５米左右，脚手架的方案审查，主要涉及的是计算结果是否符合要求，各个计算参数是否按规范计取，特别是在室外，又在山顶的大穹顶架体，不但要考虑到山顶的风荷载，还要考虑施工季节正在７到九月份，台风多，对架体的稳定影响大。其次，还要考虑到计算的力学模型与现场是否一致。在坡面搭设脚手架的实际风险，对于架体的抗滑移措施，与山体的拉接，脚手架基础的设置。

对于高大的脚手架，施工平台、通道的布置是否合理，是否方便施工材料运输，人员通行非常重要，合理的通道布置与施工平台布置，可以加快工期，使施工安全。监理在审查中要重点审查，对于审核中的不合理问题要提出来，以便施工单位完善。

２）吊装方案

本工程中，在施工区域的中心区，也就是小穹项投影所在的区域，在铝合金结构开始施工时，还有三台塔吊是在这一区域使用的。在方案中要补充和明确施工时结构如何预留这一洞口。根据施工安排及工期安排，这三台塔吊会在施工期间逐步拆除，拆除后预留洞口区的施工安排及还没有完工区的吊装方案。在塔吊拆除后，采用塔车进行吊装，对于吊车的停放位置及行车线路，要地方案中进行考虑。

３）防水方案

本工程中，小穹顶是作为有防水作用的屋面来进行施工和使用的，因此，在方案的审核中，要重点确认防水方案的有效性，并在施工前在山下的场地做了４０多平方米的小样，对这一防水方案进行验证。本工程中的屋面防水主要以防水铝板作为防水层，铝板本身不会漏水，主要是铝板与节点盘处连接，铝板与铝合金结构梁处的连接。

４）防雷接地

在工程图纸中，防雷接地明确要用金属屋面，但所有屋面板与结构的连接是使用螺栓或是锚栓连接的，所以监理提出要有具体保证接地可靠的做法，并建议采用如同桥架连接中的跨接施工，保证施工中的接地可靠性。

５）防火分区与防火封堵

如上图铝合金结构在剖面上是半圆形拱形结构，铝合金结构的基础是设在二层结构上，所以整个铝合金屋盖在结构与三屋结构，四层结构及四层结构顶之间有一个缝隙，小的地方在１５公分左右，大的要二、三十公分。与混凝土结构的这个缝隙如何处理，是一个很麻烦的问题－－它涉及到防火分区与防火封考堵。在监理提出后，施工单位进行了细化，在这个缝隙中水平方向设计了一个特别的支架，采用防火包与防火泥共同封堵，在竖向，在每堵防火墙与铝合金结构的地方，也采用特别的防火板以适应这种曲面和不规则断面的封堵。

６）接连接方法的认证

在本工程的施工中，采用的连接方法是锚栓连接，监理查阅规范之后提出，在规范中，只有锚钉连接方式，且不是用于结构连接，是一种用于板与结构或板与构件之间不考虑受力的连接方式，因此，监理要求设计确认的同时，施工单位提供此种连接方式的可靠性认证。

另外，在对一些有质量控制的方案中，监理还对测量、预埋件的控制方案、工作面交接验收要求、屋面佛手景观照明与灯效控制、结构混凝土施工偏差处理、后期变形监测、卸载方案及卸载应急方案进行了审查。

3、资料的归档整理要求与规划

对于牛首山大、小穹项这样的复杂专项工程，对于资料的归档整理监理在施工组织设计阶段就提出了明确的要求。本工程中，虽然主体是铝合金结构，但整个工程涉及结构、层面、装饰与电气工程四个分部。施工单位在开始将全的工程内容全部划分到铝合金结构子分部中去，这个显然是不合理的。因此，监理要求施工单位，按照每一个施工工序本身的属性，划到不同的分部中去，如铝合金网架结构划到主体结构中去，防水铝板及涉及防水的细部构造划分到屋面分部中去，而佛手安装则划分到装饰工程中去，景观灯效划分到建筑电气分部中去，这样就很好地解决了工程中各个工作内容的资料收集整理，也做到不遗漏，又能完整地表现施工内容，也方便监理对施工质量监督与验收。

四、结束语

在施工的方案审查阶段，是监理预控的重要环节。通过本工程在方案实施阶段的监理工作，本人认为，一个好的方案的选择，对于工程的工期、投资、质量、安全都是非常关键的，因此，在方案的选择阶段，监理就要从工期、投资、质量、安全等方面统筹考虑，进行技术经济比较，有时候还有从全寿命周期来进行考虑，选择最合适的方案。到目前为止，本工程已经施工完成，并且获得了中国建筑工程钢结构金奖。