帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》是福建省第五建築工程公司、廣東金剛幕牆工程有限公司完成的建築類施工工法，完成人是石清輝、耿天勇、呂建星、郭定國、付志宏。適用於帶金屬裝飾網架的球體網殼結構的施工；對於複雜曲面網殼結構施工也具有參考意義。

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的工法特點是帶金屬裝飾網架的球體網殼結構存在變形較小，但對鋼構件、鋁單板加工以及安裝精度要求較高；內圈外側為鋁單板飾面，附在內圈網殼結構上的鋁單板鋼龍骨採用鋼方管，以便鋁單板的固定，對鋁單板的尺寸的下單精度要求較高。

2011年9月，《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009—2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法
• 完成單位：福建省第五建築工程公司、廣東金剛幕牆工程有限公司
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
• 工法編號：GJEJGF106-2010
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要完成人：石清輝、耿天勇、呂建星、郭定國、付志宏

形成原因

1、隨著中國經濟的高速發展，城市發展的現代化，建築成了城市的象徵，而建築師們的創新精神也得到了空前的發揮，每棟建築都會有一個亮點。網殼的有次序的交錯與鋁單板混合搭配裝飾越來越受到建築師的青睞，工程施工承包單位聯合業主、設計和監理單位通過實驗和研究，取得了較好的成果。經過研究和套用，總結了一套成熟的帶金屬網架的球體網殼結構施工工藝，並形成了《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》。通過泉州市行政管理服務中心、廣交會酒店幕牆工程、杭州灣跨海大橋海中平台改造工程幕牆工程等工程帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工方案的實施和技術研究，施工過程中嚴格按工法組織施工作業和進行全過程質量控制，解決了帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工中的一系列重要技術難題，不僅加快了工程進度，而且保證了施工質量、取得較好的經濟效益的同時促進了建築裝飾施工技術的提高。

2、泉州市行政管理服務中心8號樓會議廳採用帶金屬裝飾網架的球體網殼結構，它像一顆黃色寶石懸掛在內庭之中。該工程通過“2010年建設部科技示範工程”驗收，包括該施工工法在內的施工技術整體達到國內領先水平，並通過2010年福建省“閩江杯”省優工程驗收。

工法特點

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的工法特點是：

1、帶金屬裝飾網架的球體網殼結構存在變形較小，但對鋼構件、鋁單板加工以及安裝精度要求較高。

2、內圈外側為鋁單板飾面，附在內圈網殼結構上的鋁單板鋼龍骨採用鋼方管，以便鋁單板的固定，對鋁單板的尺寸的下單精度要求較高。

3、下半球部位鋼構安裝完時，通過對下半球的鋁單板飾面尺寸進行現場實測與空間理論模型相結合，將數據處理和信息反饋及時套用於施工，利用監控量測指導施工，動態修正施工方法，確保全裝準確、快速。整理後發單給廠家，以便上半球鋼構安裝完成時，下半球鋁板及時到場安裝。

4、外飾鋁單板系統既可拼圖又可作曲面變化，充分體現了新材料、新技術在當代建築裝飾中的成功套用。

5、施工速度快、精度高。各種構件在工廠提前加工，運至現場裝配作業。

6、施工工藝先進、可操作性強、工序銜接緊密，工效高。

7、採用全站儀、水準儀、經緯儀，利用永久標誌的定位點來控制節點的三維空間坐標。

操作原理

適用範圍

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》適用於帶金屬裝飾網架的球體網殼結構的施工。該工法對於複雜曲面網殼結構施工也具有參考意義。

工藝原理

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的工藝原理敘述如下：

1、球體網殼內圈鋼結構採用的是鋼構件作為整個的球體的受力體系，外圈的球形網架採用圓鋼管加空心球利用鋼支架連線到內圈上，外圈純粹裝飾性體系，中圈在支座之間連線鋼構件作為鋁單板的固定龍骨。（見圖1）

圖1 球體網殼節點示意圖

2、任何一個球面如果把它水平投影，沿半徑方向劃分為幾個球帶，沿球面圓周等分後每環帶所得的單元體是相等的，來作為電腦精確放樣的依據。

3、無論是外圈的高空組焊，還是中心圈的地面組焊，都以小單元為單元體，因此只要提高小單元預製精度，確保其幾何尺寸，就能保證組焊後的網殼整體各球節點坐標。

4、關於三維空間控制原理，對於球面體，地面圓心控制點是關鍵，可把原設計的坐標換算成極坐標，對球面徑向每個球節點要滿足球面方程式（1），對於緯向環狀球節點要滿足圓的方程式（2）。

（1） R——為球的半徑

（2） ——為圓的半徑

5、該工法以嚴格的工程測量為依據，先把球體網殼的球心位置確定出來，以球心點為基準點，外圈帶金屬裝飾網架、內圈球體網殼結構為同心球，對內圈的整體網殼鋼構件進行放線分析、組合安裝，外圈裝飾性網架根據內圈進行安裝即可。而鋁單板則根據等內圈的鋼構安裝完成後放線，確定每塊鋁單板的尺寸，成批下單。

施工工藝

工藝流程

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的工藝流程敘述如下：（見圖2）

圖2 工藝流程圖

操作要點

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的操作要點如下：

施工圖紙深化設計。

圖紙深化前，測量員必須配合設計師進行現場覆核，檢查屋架施工偏差，發現問題，及時解決。

球心位置的確定

根據土建軸線以及標高先放線確定該球體網架的球心位置，以球心為基準點，放線確定沿軸線的前後左右上下的頂點位置。（見圖3）

圖3 網殼結構平面、三維透視圖

內圈網殼結構的安裝

1、節點的三維空間定位測量

1）通過計算機建立球體空間理論模型，在進行節點和桿件空間三維定位，將節點和桿件垂直投影到水平面上的同時將節點中心三維坐標（X、Y、Z）分解為平面二維和高程（Z），通過計算機計算出節點和桿件的坐標、標高。

2）採用全站儀自動測量對節點中心進行平面定位：在球心的平面投影點架設全站儀，後視另一控制點，將控制點坐標、放樣點坐標等計算數據輸入全站儀記憶體，調用全站儀內置程式自動計算控制點至各放樣點的方位角、距離等測量數據，放出經線控制樁，同時在平面上彈出各個緯線在平面內投影的控制線

3）在各經線控制樁上架設全站儀，測出經線所在位置，利用搭設的腳手架增設鋼管小立柱，使小立柱設在各個節點位置，並架設牢固。然後利用水準儀根據各球節點的標高和半徑在小立柱上做好標記線。

4）利用計算機算出各個節點和桿件的空間三維坐標（X、Y、Z），將三維坐標輸入全站儀，對節點和構件的位置進行校對。

2、桿件拼裝

1）利用計算機三維理論空間模型，對桿件進行編號，將編號的料單傳送至廠家進行加工。

2）要求廠家在加工桿件後按料單的節點和桿件編號直接標誌在桿件上，以便日後安裝。

3）在節點和桿件安裝前，按照編號節點和桿件進行安裝，保證節點和桿件一一對應安裝。3.腳手架搭設在網殼結構的建築平面上，用水平投影法將網殼各節點位置實樣放好，根據腳手架搭設施工圖進行搭設，腳手架採用48鋼管搭設。為架設的小立柱在測量節點的時有一定範圍的調節餘地，每根立柱上部搭接段小鋼管來實現放樣時標高和方位的調整。

4、定位調節採用3中提到的在每根立柱上部搭接段小鋼管來實現放樣時標高和方位的調整。

5、構件吊裝將拼裝成型的緯線構件分層用吊裝機械調至網殼所處的空間位置。根據網殼的特點，為減少構件在吊裝時的變形，經過計算確定吊裝的吊點，架設全站儀和水準儀根據標高和半徑觀測每一個節點的位置的準確性。經檢測各節點位置準確後，吊裝下一層緯線構件，進行點固焊和成型焊，焊縫必須符合設計要求。

6、桿件安裝

橫桿、斜桿的安裝採用高空散裝法施工。橫桿、斜桿的安裝順序從下往上，即一圈順時針方向，上一圈逆時針方向，循序漸進，待二圈或三圈橫桿和斜桿點固焊完成後，方可對最底一圈的橫桿和斜桿進行焊接，以免變形引起誤差。

7、焊接要求

1）點固焊定位。焊3—4點，點固焊長度一般5—25毫米，焊縫高3—5毫米。

2）成型焊接。為保證焊縫根部焊透和充分熔合，底層焊接採用多層施焊，從管底部向管頂部運弧，前半部分焊完接著焊後半部分。搭接長度為5—8毫米，接口處不得有夾渣、焊瘤。中間層焊接根據桿件的壁厚來確定，一般桿件壁厚在6—10毫米焊一道中間層，12毫米以上焊兩道中間層。加面焊採用對接焊縫和貼腳相組合的焊縫形式，焊縫高度5毫米。焊縫要注意表面不存在咬肉缺陷並保證焊縫高度。

三維空間位置複測校核及誤差消除

1）為保證桿件中心線準確通過節點中心，分別複測相鄰節點的距離和高差。

①使用50m鋼尺丈量相鄰節點的相對距離，讀數精確到毫米

②使用水準儀測量相鄰節點的高差，讀數精確到毫米

2）空間鋼結構三維節點測量誤差影響因素。

①誤差累計。在測量過程中，由施工測量人員操作誤差、測量儀器本身誤差等誤差源會傳導和累積到定位點。

②鋼結構焊接。鋼結構焊接會引起鋼結構構件的尺寸變化，進而產生誤差。

③日照影響。太陽光的日照對鋼結構構件會產生位移變化，產生誤差。

④溫差影響。由於鋼構件隨著溫度變化而出現熱脹冷縮現象，影響測量精度，產生誤差。

3）誤差的消除：

①固定測量操作人員和測量儀器，減小測量誤差。

②測量儀器定期進行檢測，減少測量儀器原因造成的誤差。

③測量時間安排控制。安排好測量外業作業時間，儘量保證前後作業時間段的外界條件一樣，如氣溫、氣壓、風力等。

④剩餘誤差處理。平面定位誤差按照相鄰節點和桿件的距離為權值大小進行分配消除，高程定位誤差按照各節點之間的高差為權值大小進行分配消除。

4）放線要求。放線不採用墨斗彈線，應採用鋼沖打點和鋼針劃線。

鋁單板龍骨安裝以及鋁單板面板尺寸的確定

鋁單板龍骨是依附在內圈鋼網殼上，經過局部的放線，逐層的安裝，下半球一經安裝完畢，根據圖紙尺寸校核鋁單板的尺寸，確定無誤後先行加工該部分鋁單板，這樣分批加工鋁單板能提高鋁單板的原板材裁板時的利用率，節約成本。

外圈網架的安裝

1、外圈為圓鋼的純裝飾性網架結構，先放線確定每個鋼支架的位置，先焊接完再連線。

2、空心球空心球可以自制或定貨。空心球的鋼材宜採用國家標準《碳素結構鋼》GB700—88規定的3號鋼或國家標準《低合金結構鋼技術條件》GB1591—88規定的16Mn鋼，產品質量應符合行業標準《鋼網架焊接球節點》JGJ75.2—91規定。

3、鋼管桿件長度的計算根據設計圖紙兩球中心距，並考慮組對間隙和焊縫收縮量，計算鋼管桿件加工長度（見圖4）

圖4 鋼管桿件加工長度

4）鋼管桿件長度計算公式如下：

式中 L——為兩球設計中心距。

L1——鋼管件加工長度。

R——空心球外圈半徑。

a——鋼管桿件內直徑。

b——每道焊口組對間隙。

c——每道焊口焊縫收縮量（其值通過試驗確定）。

5、鋼管桿件的下料加工

焊接球節點的鋼管桿件宜採用車床下料並車制坡口，桿件長度允許偏差為±1毫米。

鋼管的焊接

鋼管的焊接拼裝應選擇合理的焊接工藝順序以減少焊接變形和焊接應力。焊接完後進行下道工序。

六、鋁單板的安裝

放線

在第四項里一經確定了鋁單板的放線，對隱蔽部分的鋼結構做防鏽處理，安裝骨架位置準確，結合牢固。安裝完檢查中心線、表面標高等。為了保證板的安裝精度，宜用經緯儀對橫樑豎框桿件進行貫通。對變截面處等進行妥善處理，使其滿足使用要求。請現場監理做隱蔽工程的驗收。

2、安裝鋁單板鋁板的安裝固定要牢固可靠，簡便易行。

1）板與板之間的間隙要進行內部處理，使其平整、光滑。

2）鋁板安裝完畢，在易於被污染的部位，用塑膠薄膜或其他材料覆蓋保護。

3、鋁單板膠縫處理打膠之前，鋁單板縫處要進行清洗，對油性污垢用甲苯或丙酮進行清洗，對非油性污垢用異丙醇、水對半的混合溶劑清洗。在打膠過程中，要注意從上而下、先豎向後橫向的順序進行。打好的膠不得有外溢和毛刺的現象；對出現氣泡、空心、斷縫、表面嚴重裂紋的膠縫需切除清理後補膠。

勞動力組織

勞動力組織情況（見表1）

表1勞動力組織情況表

序號	工種	人數
1	吊裝工	6
2	安裝工	12
3	電焊工	15
4	測量工	3
5	安全員	2
6	鋁板安裝工	28
合計	66

材料設備

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》所用的材料及設備明細如下：（見表2）。

表2 主要施工機械錶

機械名稱	規格型號	數量（台）
托普康全站儀	GPT—3002N	1
電子經緯儀	DJD2A	1
雷射垂直儀	DZJ2	1
托普康水準儀	AT—G6	1
交流電焊機	BX—260	3
手提電鋸	SF1—3.2	4
砂輪切割機	KT—971	3
打磨機	NBJ—4	2

質量控制

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

1、施工質量控制

《網殼結構技術規程》JGJ61—2003、J258—2003。

《網架結構工程質量檢驗評定標準》JGJ78—91。

《鋼結構工程施工質量驗收標準》GB50205—2001。

《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ81—2002。

《金屬與石材幕牆工程技術規範》JGJ133—2001。

2、網殼安裝、支座支承面頂板、支座錨栓、焊接球加工、桿件加工允許偏差（見表至3表6）

表3 網殼安裝允許偏差

序號	項目	允許偏差（毫米）	檢查頻率	檢驗方法
1	小拼單元節點中心偏移	2.0	20%	鋼尺及輔助量具檢查
2	小拼單元桿件軸線的彎曲矢高	L∕10000≤5.0	20%
3	縱向橫向長度	+L∕2000且≤±30.0	100%
4	支座中心偏移	L∕3000且≤30.0	100%	經緯儀檢查
5	支座最大高差	30.0	100%	水平儀檢查
6	相鄰支座高差	L∕800且≤30.0	100%
78	桿件軸線平直度	L∕1000≤50	每種桿件5%	直線尺量測檢查
	撓度值	不大於設計值1.15	20%	全站儀

表4 支座支承面頂板、支座錨栓允許偏差

序號	項目		允許偏差（毫米）	檢查頻率	檢驗方法
1	支承面頂板	位置	15.0	全數抽查，網架安裝前完成	用經緯儀、水平儀、水平尺和鋼尺檢查
		頂面標高	0—-0.3
		頂面水平度	1/1000
2	支座錨栓	中心偏移	±5.0

表5 焊接球加工允許偏差

序號	項目	允許偏差（毫米）	檢查頻率	檢驗方法
1	直徑	±0.005d ±25	用卡尺和遊標卡尺檢查各種規格抽查10%，進場安裝前完成用卡尺和測厚儀檢查	用卡尺和遊標卡尺檢查
2	圓度	2.5
3	壁厚減薄量	0.13t，且≤15
4	兩半球對口錯邊	1.0		用套模和遊標卡尺檢查

表6 桿件加工允許偏差

	項目	允許偏差（毫米）	檢查頻率	檢驗方法
1	長度	±1.0	用鋼尺和游百分表檢查各種規格抽查10%，進場安用百分表V形塊檢查裝前完成
2	端面對管軸的垂直度	0.005r
3	管口曲線	1.0		用套模遊標卡尺檢查

二、質量保證措施

1、為保證工程順利進行應組織一個強有力的項目經理部。組織所有施工人員，學習圖紙、規範、規程和施工組織設計，領會設計意圖質量要求、操作工藝等，並進行層層交底，發現問題，及時與有關單位協商解決。

2、對建設單位移交的測量控制點和高程，要認真覆核，並辦妥交接手續。

3、所有計量儀器、測量儀器按規定檢驗，超過使用期限的須經檢測單位後方可使用。

4、腳手架應採取有力的措施防止錯位、滑動。地面腳手架防止下沉，並及時調整活動支點。

5、焊工必須持證上崗，註明焊工的焊接內容的焊工資格證書或崗位證書施工前進行技術交底、現場考核。

6、鋁單板所用的龍骨、連線件的材質、規格、安裝位置、標高及連線方式應符合設計要求和產品的組合要求，龍骨架組裝正確連線牢固，安裝位置和整體安裝符合圖紙和設計要求。

7、鋁單板面應做到曲面合理，表面平整曲面弧線流暢美觀，拼縫順直，分塊分格寬度一致，順直，拼接處平整，端頭整齊，膠縫寬度應符合設計要求。

三、成品保護

1、成品堆放控制：應做到分類、分規格，堆放整齊、平直、下墊木；疊層堆放，上、下墊木；水平堆放，上下一致，防止變形損壞；側向堆放，除墊木外加撐腳，防止傾覆。成品堆放地做好防霉、防污染、防鏽蝕措施，成品上不讓堆放其他物件。

2、成品運輸：做到車廂清潔、乾燥，裝車高度、寬度、長度符合規定，堆放科學合理；超長構件成品，配置超長架進行運輸。裝卸車做到輕裝輕卸，綑紮牢固，防止運輸及裝卸散落、損壞。

1）在拆、改裝修架子時，注意架子迴轉要慢，不要碰到飾面上，架子的扣件不得亂扔，以免傷人和砸壞面板。

2）已完工的部位應設專人看管，遇有危害成品的行為應立即制止，對於造成成品損壞者應給予適當處理。

3）每一裝飾面成活後，均按規定清理乾淨，進行成品質量保護工作。

4）嚴禁在裝飾成品上塗寫、敲擊、刻劃。5.架子拆除作業時注意防止鋼管碰撞，腳手扳輕放。

安全措施

採用《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、工程負責人必須全面承擔施工現場的安全責任，並簽定《安全責任書》。

2、嚴格遵守有關勞動安全法規要求，加強施工安全管理和安全教育，嚴格執行各項安全生產規章制度。

3、施工班組必須定期每月接受一次安全教育，提高安全意識，必須堅持防火安全培訓活動，堅持焊接、油漆等危險作業進行防火安全技術交底制度，及時消除火災隱患。

4、按規範要求設定防火分區“嚴禁菸火”明顯標誌，配備足夠數量的消防水桶、防火布、接火器等消防器材，消防立管架設到腳手架作業平台，施工現場一切消防設施、裝置未經批准不得擅自移動、破壞。

5、嚴格遵守施工用火審批制度。焊接作業等動火前，要清除附近易燃物，配備看火人員和滅火用具，電焊機外殼、焊鉗與把線必須接零接地絕緣良好。

6、施工層腳手架必須通過驗收合格後方可上架作業。

7、不準在工程內、庫房內調配油漆、稀料，並應設定消防器材和“嚴禁菸火”明顯標誌。

8、施工現場和倉庫禁止吸菸，需要吸菸者應在指定專設有防火措施的吸菸室。

9、凡從事電焊作業的人員必須持特種作業上崗證，實行持證上崗，並應使用面罩或護目鏡，配戴相應的勞保用品。

10、施工人員應配備安全帽、安全帶、工具袋，防止人員及物件的墜落。

11、施工現場中各種危險設施、臨邊部位洞口都必須設定防護設施和明顯的警告標誌。

12、嚴禁高空拋物。運輸吊頂材料時，下方應有專人看護，無關人員不得進入材料運輸區。

環保措施

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的環保措施如下：

1、原材料、半成品堆放場地應平整、乾淨、牢固、乾燥、排水通風良好、無污染，材料的包裝袋、包裝木箱不得隨便遺棄，應統一外運至垃圾處理場。

2、在施工過程中對易受污染、破壞的成品、半成品標識“正在施工，注意保護”的標牌，現場的短小鋼管余料、廢舊油管不得隨意丟棄，可回收資源，應充分回收，以節約資源。

3、將鋼構施工中構件敲打的工作安排在白天進行，夜晚禁止一切發出較大聲響的工作。減少夜間施工時間，避免夜間施工時燈光向工地以外的地方照射。夜間電焊施工時要進行遮擋，防止電弧光擾民。

4、塗料施工的余料、廢舊材料不要隨便遺棄，應由環保部門指定的單位回收，以免污染空氣。

效益分析

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的效益分析如下：

1、該工法施工簡單科學，施工速度快可以滿足工期緊張的需要。

2、通過整體考慮成批下單，使鋁單板開料的板材最大利用，嚴格的測量計算控制和工廠化生產，節省了材料費。

3、設計施工簡單，安裝精度高。

4、造型美觀大方，成本造價較低，給整個工程帶來亮點。

套用實例

《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》的套用實例如下：

工程概況

1、泉州市行政管理服務中心位於泉州市東海組團核心區北部，西鄰泉州師範學院新校區，該工程地下1層，地上9層，總建築面積為830172，建築高度47.200米。屋面為鋼結構屋架。7、8號樓分別為方形和球形會議室，球形會議室採用帶金屬裝飾網架的球體網殼結構，它被4根大跨度預應力型鋼混凝土梁托在空中，造型富有特色。它實現了建築物內外環境和諧與交融，突出了建築物與時俱進的現代化氣息。

2、杭州灣跨海大橋海中平台改造項目平台部分，杭州灣跨海大橋位於浙江省境內，長江三角洲地區的東南部，北鄰上海，南接寧波市，西有杭州市，東臨舟山群島。杭州灣跨海大橋海中平台改造項目位於杭州灣跨海大橋南航道橋以南約17千米下游150米，通過匝道橋與大橋主線連線。

3、廣交會酒店幕牆工程總用地面積約10527.6平方米，總建築面積304921平方米，位於廣州市海珠區新港東路琶洲街PZB1402地塊，位於新港東路以南、華南路以東、琶洲塔以西南，琶洲一、二期展館對面；該配套設施地下2層，地上43層，其中裙樓5層，建築總高度為198.800米；是一棟具飲食、娛樂及會議為一體的綜合性高級酒店。

施工情況

以上工程採用本工法施工，在施工過程中，形成了一套行之有效的施工工藝，通過對每一步工序的研究、論證，最終解決了施工中的各種問題，在施工中充分套用電腦精確測量和放樣技術，將測量誤差分段消化，不得累計，保證了鋼構件和鋁單板的加工和安裝精度，順利完成安裝任務。

工程評價

工程採用該工法施工，獲得建設單位和監理單位的一致好評，大大地降低施工工期，節約施工成本，提高工程質量，確保施工過程中的安全性，經濟效益、社會效益明顯。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009—2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《帶金屬裝飾網架的球體網殼結構施工工法》被評定為2009—2010年度國家二級工法。