沈阳文化艺术中心工程非常态无序空间钻石体玻璃幕墙安装定位技术

作者:董清崇 杨宏友 齐晓力 陈红旗
单位:中国建筑一局(集团)有限公司东北公司
摘要:沈阳文化艺术中心工程主体结构, 主要由2个不规则的空间结构竖向叠在一起的钢筋混凝土空间结构体系及“悬挑+悬挂”BRPC缓粘结预应力的复杂三维空间混凝土结构体系组成。外部钢结构为大跨度非常态无序空间网壳结构。屋面幕墙为三维空间三角形多面体组成钻石体玻璃幕墙结构。介绍在非常态无序空间钻石体玻璃幕墙定位安装技术中, 重点推行的数字化测量控制和模拟技术, 将数字化测量控制和模拟技术贯穿于整个项目的实施阶段。
关键词:玻璃幕墙 安装 非常态无序空间结构 计算模拟 定位 测量
作者简介:作者简介: 董清崇, 副总经理, 总工程师, 国家一级注册建造师, E-mail:563396763@qq.com;

 

1 工程概况

沈阳文化艺术中心 (现称“盛京大剧院”) 是由一座能够容纳1 800座综合剧场、1 200座音乐厅及500座多功能厅组成的沈阳地标性建筑, 建筑外形似钻石体, 为非常态无序空间钢结构体系。钻石每面均由不同大小的三角形面玻璃幕墙组成, 共分割成64个大面、70个阳角、19个阴角、40个顶点, 玻璃幕墙三角块数约为13 100块, 大小不一, 尺寸各异。工程竣工后的效果如图1所示。

2 工程总体测量技术路线

通过工程前期研究设计图纸及计算机模拟技术, 结合近年的先进测量技术研究确定工程测量技术路线。

图1 工程竣工后的效果Fig.1 Effect of the completed project

图1 工程竣工后的效果Fig.1 Effect of the completed project

 

总体技术路线是:以结构施工的钢结构预埋件 (支座节点) 的准确度控制保证钢结构铸钢节点施工位置准确无误;通过钢结构施工空间体系定位的确定保证幕墙64面及各阳角、阴角及顶点的位置和空间尺寸的准确。钢结构屋盖支座节点、铸钢节点定位点轴测图如图2所示。

图2 钢结构屋盖支座节点、铸钢节点定位点轴测图Fig.2 The support joints and cast steel joints of steel roof

图2 钢结构屋盖支座节点、铸钢节点定位点轴测图Fig.2 The support joints and cast steel joints of steel roof

 

3 测量实施方案策划

1) 技术部门组织技术人员和测量人员充分研究图纸、测量工程的重点、难点, 各分部工程拟采用测量方案的编制、资源的准备。

2) 经分析讨论, 从主体施工、钢结构安装、钻石体玻璃幕墙施工, 测量工作贯穿于整个实施阶段, 建立场区控制网是测量工作的最基础工作, 在建筑物每侧布置3个控制点 (相互之间通视) , 共8个控制点作为场区的总平面控制网。

3) 主体结构施工的测量工作主要是在不规则的圆弧及变化较大的部位用计算机进行虚拟控制点设计, 将优化设计的控制点投放到预定位置。然后根据控制点将施工区域的轴线及细部线放样。

4) 钢结构安装工程的测量工作主要是大型铸钢节点空中定位的方法操作难度大, 高空铸钢节点定位准确度控制难, 因此, 在高空定位前先将铸钢节点在地面钢板上进行预定位。通过采用计算机进行仿真模拟技术, 完成各部位构件的测量计算, 确定定位钢板上表面的水平标高值, 供现场高空定位, 从而找出铸钢件在地面预定位和高空定位时的各端口坐标, 为现场实际地面定位和高空定位提供定位数据。同时确定铸钢节点的重心位置, 合理设置铸钢节点的支撑位置以及吊装点的位置, 进而保证钢结构体系满足设计要求。

5) 钻石体玻璃幕墙工程的测量工作首先确定各特征控制点, 所谓特征控制点是指三维建筑空间各个突变曲面的交点位置, 通过对特征控制点的控制再对各三角形面进行细化分格, 由整体到局部, 由局部到各分格框架和面板, 逐层剥离, 进行整体和局部的控制, 三维空间各特征控制点测量前, 依据场区总平面控制网、高程总控制网, 根据建筑体量, 利用计算机进行仿真模拟, 从而找出高空定位时特征控制点坐标, 为高空定位提供定位数据。采用全站仪对各三角形特征控制点进行打点标识并焊接牢固, 同时校核现有钢结构的空间位置是否符合设计要求。钻石体玻璃幕墙分格系统如图3所示。

图3 玻璃幕墙分格系统Fig.3 Grid system of glass curtain

图3 玻璃幕墙分格系统Fig.3 Grid system of glass curtain

 

4 具体测量放线方法

4.1 玻璃幕墙放线工艺流程

熟悉建筑结构与幕墙设计施工图→准备所有的工 (器) 具, 做好准备工作→对整个工程进行分区、分面→确定基准测量标高→确定基准点和基准轴线→确定空间特征关键点→在关键层打空间特征控制点→检查误差→调整误差→将空间特征控制点加固→打外形控制点→复查准确性→检查所有放线的准确线→重点清查转角、变面位置的放线情况→记录原始数据→更换测量立面→重复上面程序→增量数据→分类→处理或上报设计部核实、整理→确定连接件长度、标高。

4.2 测量控制方法

1) 复核主体结构、钢结构的轮廓或特征控制点依据设计图纸标定的建筑结构各轴线与钢结构外径尺寸的关系, 分别用全站仪确定出控制幕墙单元同一垂直面的基准点控制网及其连线的距离, 基准点之间的垂直误差控制在直径为5mm的投影范围内, 基准点连线的直接距离误差≤3mm。以基准控制网为基础测放出结构轮廓线及钢结构特征控制点的位置, 确定实际尺寸与设计尺寸之间的偏差程度。

2) 对主体结构及钢结构数据记录整理分类对测量结果进行整理, 并对各种结果进行分类, 同时对照建筑图、钢结构图进行误差寻找得出误差结果。

3) 对主体结构及钢结构检测数据的处理对数据进行处理后, 根据误差结果, 需调整的位置进行处理, 提出切实可行的处理方案, 同时进行下一道工序的工作。

4) 根据工程特点, 将建筑物整体划分2大区域, 即钻石体罩面测量放线区域 (包括系统分S01~S64) 和裙楼立面幕墙区域 (包括一层玻璃幕墙、观光电梯井道玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、铝合金通风百叶、所有外门及门斗等) , 测量区域的划分在一般情况下遵循以立面划分为基础, 以立面变化为界限的原则, 全方位进行测量。钻石体罩面系统细化分格如图4所示。

图4 钻石体罩面系统细化分格Fig.4 Grid of diamond roof

图4 钻石体罩面系统细化分格Fig.4 Grid of diamond roof

 

5) 确定基准测量线轴线是建筑物的基准线, 玻璃幕墙施工定位前, 首先要与施工总承包单位共同确定基准轴线并复核主体施工的基准轴线。玻璃幕墙的施工测量应与主体工程施工测量轴线相配合, 使幕墙坐标、轴线与建筑物的相关坐标、轴线相吻合 (或相对应) , 测量误差应及时消化不得积累, 使其符合玻璃幕墙的构造要求。关键层、基准轴线确定后, 随后确定的就是关键点, 关键点在关键层寻找, 但不一定在基准轴线上, 且不低于2个。

6) 钻石体玻璃幕墙测量放线所依据的基准点及基准线是依据场区总平面控制网、高程总控制网确定, 具有唯一性, 这样能保证在不同施工阶段 (主体施工、钢结构安装、幕墙施工) , 各专业施工单位测量放线的统一性, 又能彼此成统一的结合体, 对各区域的交接衔接非常重要。

7) 钻石体玻璃幕墙测量时, 通过基准点标出各区域的特征控制点, 然后再对测量区域进一步划区、划面细化测量区域, 逐区分割消化吸收。典型分格S01如图5所示。

8) 特征控制点控制特征控制点确定好后建立三维坐标系, 采用坐标系控制法对各特征控制点编上坐标号, 并对各特征控制点坐标号进行醒目标识, 同时做好记录, 将偏差数据反馈给设计人员。一般的处理方法:结合特征控制点确定出相邻各三角形面的空间体, 通过每个分格测量、每个分格打标识坐标点, 确定出幕墙板块的分格控制线, 类似方法可逐曲面进行细致测量。

图5 典型分格S01Fig.5 The typical grid of S01

图5 典型分格S01Fig.5 The typical grid of S01

 

测量前 (基准点要统一、多把钢尺使用前要对尺) , 先对各大三角形面进行编号, 再对大三角形所包含的小三角形面进行编号, 最后进行每个三角形板块编号, 每个板块都采用三维坐标系法逐一编号, 编号都是一一对应的和唯一的, 并有序排列, 这样就保证了施工精度。

5 钻石体玻璃幕墙安装

5.1 工艺流程

钻石体罩面共包括64个三角形大面, 每个三角形大面多由400个三角形玻璃板块组成, 其安装过程分为:测量复核→大面边框定位转接件安装→铝合金主框安装→半圆盘形转接件安装→铝合金次框安装→铝合金边次框安装→三角形玻璃板块吊装→打胶密封。钻石体幕墙安装过程如图6所示。

图6 钻石体幕墙安装过程Fig.6 Installation of diamond curtain

图6 钻石体幕墙安装过程Fig.6 Installation of diamond curtain

 

5.2 钻石体玻璃幕墙结构 (100系统) 安装

铝合金龙骨支撑的是框架玻璃幕墙结构。龙骨采用铝合金型材, 铝龙骨与主体钢结构之间采用两级钢制转接件连接, 横竖龙骨之间采用高强铝合金转接件连接, 并采用多角度连接调整装置实现平面内不同夹角构件的连接需要, 半圆盘形转接件安装如图7所示。

图7 半圆盘形转接件安装立体示意Fig.7 Installation of half-disc connection member

图7 半圆盘形转接件安装立体示意Fig.7 Installation of half-disc connection member

 

5.3 确定实际玻璃面的方法

首先把分格S01的钢结构中心面向外法线方向偏移1 200mm, 然后把与顶点A'共用的钢结构面依次向外法线方向偏移1 200mm, 通过顶点A'偏移后的实际玻璃面的顶点做个球体, 使各顶点都在球体外表面上, 然后把顶点A'与球心相连形成一条直线, 此直线与球体相交形成交点A, 同理, B', C'也能找到此交点B, C, 最后把A, B, C相连形成实际玻璃面, S01单元格分格如图8所示。

图8 S01单元格分格Fig.8 Element grid of S01

图8 S01单元格分格Fig.8 Element grid of S01

 

5.4 打胶密封

复核外饰面板块之间的距离及平整度, 确认无误后, 在接缝处中填塞与接缝宽度相配套的泡沫条, 并保证连接且深度一致, 以保证胶面厚度均匀可靠。

5.5 清洁收尾

玻璃表面 (非镀膜面) 的胶丝迹或其他污物可用刀片刮净并用中性溶剂洗涤后用清水冲洗干净。室内镀膜面处的污物要特别小心, 不得大力擦洗或用刀片等利器刮擦, 只可用溶剂、清水等清洁。在全过程中注意成品保护, 钻石体玻璃幕墙安装完成后如图9所示。

6 结语

非常态无序空间玻璃幕墙结构体系是目前国内剧院建筑中不常见体系, 施工工艺及定位安装技术复杂, 施工难度大, 三维空间体结构由三角形多棱面组合而成, 位置关系变化多样, 因此对测量放线要求非常高。本工程在三维空间结构及三角形多棱面测量工作中, 全面采用了计算机进行仿真模拟技术、顶点三维坐标点测量放线控制技术, 将测量空间大三角形面进行细化分割, 最终确定出各施工板块 (或施工构件) 的安装, 圆满完成了非常态无序空间玻璃幕墙结构体系安装工作, 受到社会的一致好评, 希望能为今后类似玻璃幕墙安装工程积累丰富的施工经验, 并具有一定的推广应用价值。

图9 钻石体玻璃幕墙安装完成后Fig.9 The completed diamond glass curtain

图9 钻石体玻璃幕墙安装完成后Fig.9 The completed diamond glass curtain

 

 

Location and Installation Technology of Diamond Glass Curtain Wall in the Very State of Disorder Space in Shenyang Culture and Art Center
Dong Qingchong Yang Hongyou Qi Xiaoli Chen Hongqi
(Northeast Company, China Construction First Building ( Group) Co., Ltd.)
Abstract: The main structure of the Culture and Art Center Project in Shenyang mainly is made up of two irregular spatial reinforced concrete structures of vertical laminated together and hanging pick and suspension complex three-dimensional space BRPC slow bonded prestressed concrete structure system.The external steel structure is a large span and very state disordered space lattice shell structure. The roof curtain wall is composed of three dimensional triangular polyhedron diamond body glass curtain wall structures. The authors mainly introduce the digital measurement and control and simulation technology used in the very state spatial disorder diamond glass curtain wall positioning installation technology.
Keywords: glass curtain; installation; disordered space structure; simulation; location; measurements;
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