曹 辉

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

钢、铝混合结构是指运用钢材和铝材相互组合的方式建造的建筑物结构体系，由于铝材强度大，同时又比钢材密度小，因此可以实现更大跨度、更多样化造型的屋面结构。

在上海市崇明体育训练基地综合训练馆工程中，其屋面最外围悬挑一圈为钢结构，中央区域由铝杆件形成大跨度的穹顶造型。屋盖最高高度为21.35 m，长和宽为45 m×48 m，面积2160 m2，钢结构截面形式主要为□200 mm×200 mm×8 mm×8 mm、□320 mm×300 mm×20 mm×20 mm、H320 mm×200 mm×8 mm×10 mm，铝合金结构截面主要形式为H320 mm×180 mm×8 mm×10 mm与H320 mm×200 mm×9 mm×11 mm。该结构形式在满足安全、可靠的同时，也满足了外观装饰效果（图1）[1-3]。

2 施工工艺

2.1 主要施工技术特点与难点

1）如何降低大跨度网壳结构在安装过程中的变形及消除残余应力，并保证高空作业的施工安全是首先面临的重点、难点。

2）铝构件均在厂区内预制加工，铝型材挤压、精加工全部采用开模标准化数控制作，确保制孔精度在0.05 mm以内，严禁现场修改、扩孔，对前期的优化设计与加工要求很高。

图1 钢、铝混合结构形式

3）曲面网格壳体现场安装上的定位、放线及精度控制工作十分重要，安装精度要求非常高。铝合金结构安装过程中对每一个节点盘的三维坐标控制是本工程的重点之一，需控制x，y坐标在10 mm之内，z坐标在5 mm之内，保证此精度才可确保最终结构的顺利合拢。

4）本工程屋盖由屋面钢构件和铝构件构成，涉及大量钢、铝连接节点和铝杆件间连接节点（图2）。面对众多的复杂节点，如何制订合理的施工工艺，降低钢、铝结构的安装误差，提高节点安装精度也是一大难点。

5）本工程建设施工是个多专业协同配合的综合性工程，在土建基础及网壳结构施工前即引入结构预埋件的制作安装作业，保证预埋件及时准确的定位安装，是后序整体工程顺利施工的重点。除与土建结构施工配合外，与设备安装等配合均要求有合理科学的技术措施加以保证。

2.2 施工总技术路线

图2 屋盖主要节点形式

先安装综合训练馆4个角部钢立柱和屋面外围一圈悬挑钢梁以形成稳定的框架结构，再安装中央区域铝合金屋盖，其安装顺序是从最外圈向内逐圈安装，注意钢、铝杆件间的连接板应后焊，以便于最后结构合拢时进行误差调整。钢、铝杆件采用跨外汽车吊配合塔吊进行散件吊装，同时利用现场脚手架搭设的施工平台配合可调节撑托进行杆件的定位安装和调整。

“先钢后铝、节点板后焊及高空作业平台”能有效消除钢结构的安装误差和解决铝合金网壳安装过程中变形大的问题，并大大降低了高空作业的危险性，于安装施工安全和总工期有利。

2.3 支撑体系设计

综合考虑安全及荷载因素，场馆采用扣件式钢管脚手架满堂方式搭设操作平台，主要用于堆放材料以及工人利用此平台进行杆件安装，并利用部分立杆设置可调撑托支撑节点板。

1）钢管采用Q235B、φ48.3 mm×3.5 mm钢管，间距为1.5 m×1.5 m，步距为1.5 m，满布斜杆，并按照规范要求设水平及竖向剪刀撑，在顶层设置一层作业面，满铺钢丝网片。顶层工作面四周在高1.2 m位置设置扶手杆。水平剪刀撑上下间隔不超过8 m，并在作业面下方满铺安全网，高度方向每隔6 m搭设1道安全网。搭设高度依据网壳的高度降低1.5～2.0 m，作业面布设为阶梯状（图3）。

2）网壳支撑点的布设为隔一个节点板设置一个，即支撑6根杆件及8个节点板的质量，由于杆件每根最大质量为43 kg，节点板每个最大质量为17 kg，故支撑节点板的立杆承受的荷载最大为3.96 kN。

3）根据现场的实际情况，在脚手架上设置4个堆放平台用于材料堆放（图4），材料堆放荷载最大为3 kN/m2（根据10根长3 m的铝合金杆件的质量计算），考虑2个作业人员荷载，共计5 kN/m2，堆料平台尺寸为4.5 m× 6.0 m，距离脚手架长轴方向外边水平距离为8 m。卸料平台的载荷为3 kN，搭设过程采用加密搭设，在1.5 m×1.5 m的立杆间距基础上，于中部增设1根立杆，即卸料平台区域的立杆间距为0.75 m×0.75 m。

图3 综合训练馆脚手架搭设立面

图4 材料堆放平台设置示意

2.4 主要安装过程及控制要点

2.4.1 钢结构主要安装过程及控制要点

1）先行安装钢结构周围一圈钢柱及钢边梁以形成稳定的框架结构（图5）。

图5 钢柱及钢边梁安装

2）立柱吊装到位后利用全站仪控制牛腿中心坐标，利用葫芦调整到位后与支座焊接固定。

3）钢梁利用端部的耳板，采用临时安装螺栓固定后与边拱柱牛腿焊接（图6）。

4）悬挑构件一端利用构件端部的耳板，采用临时安装螺栓固定于已安装的构件上；另一自由端使用全站仪控制牛腿口坐标，同时利用葫芦调整到位后搭设脚手架抱箍固定于脚手架上，随后完成焊接。

2.4.2 铝结构主要安装过程及控制要点

1）结构安装前须对支座连接板进行精确测量定位，以保证上部杆件拼装顺利和控制安装偏差。

2）由于下部施工时会有一定的施工偏差，故网壳结构对下部结构相关的尺寸要求较高。因此在结构安装前必须到现场量测，取得第一手资料数据，解决施工偏差的问题。支座连接板安装时，先根据设计支座坐标值用全站仪将支座连接板标高调整好，并在埋件板上精放中心线。支座安装完成后进行复检，确保埋件的平面位置偏差在5 mm以内，标高误差在3 mm以内。

3）综合训练馆的铝合金网壳与钢柱对接采用筋板连接方式，筋板现场进行焊接（图7），可消解钢结构安装产生的误差。

图6 端部耳板固定示意

图7 连接板现场焊实景

4）屋盖安装时，每预留三跨铝合金杆件仅进行临时固定，以便于在后续安装过程中可随时调整，待整体结构合拢并满足精度要求后，方可用铆钉枪进行铆钉紧固。

2.4.3 铝合金网壳安装纠偏措施

铝合金网壳安装精度要求高，在安装过程中不可避免会出现安装误差，关于安装误差的纠偏措施如下[4-5]：

1）提高加工制作的精度，减少现场安装偏差的累积。工厂杆件及节点板的加工已实现全数控加工，制孔加工精度可达到0.05 mm，孔距精度可达到0.10 mm，高精度的加工质量减少了现场的安装误差及相应累积误差。

2）加密、加强现场测量控制，控制施工过程中施工误差的累积，如发现超出规范的应及时通知现场工长并采用措施进行调整。

3）调整的方式主要为支撑点对节点板的标高调整以及采用强制就位等方式，确保杆件和节点板的顺利安装，但严禁现场对杆件及节点板的孔进行修改、扩孔等，防止误差的累积。

2.4.4 网壳安装测量控制

本工程测量的重点为支座处埋件的平面位置及标高控制，以及最终网壳杆件安装完成后整体挠度的测量控制。

在支座和杆件安装的过程中，必须对已就位的节点盘进行监控，其方法是用全站仪实测其三维坐标，并与设计值相比较，及时消除偏差值。支座的定位测量、放样是整个安装工程的重中之重，必须认真对待。首先应根据下支座的中心坐标算出相互垂直的纵横4点坐标（该4点的距离要大于支座底板的尺寸），根据4点坐标，用墨线弹出十字线以便于支座定位，并用全站仪复核三维坐标。

在施工过程中，依据2个场馆的测量控制点对已安装完毕的相应节点利用全站仪及时进行跟踪测量，确保安装完成部分的三维坐标符合规范要求（图8）。

图8 9个综合训练馆网壳测量控制点

3 结语

钢、铝混合结构在我国作为一种新兴的结构形式，其关键是要控制好钢构件与铝构件之间的连接节点及铝合金节点盘的精度，确定高效的施工工艺和过程控制措施。根据屋盖质量及材料堆载情况，合理设置支撑体系，确保操作平台满足结构安装的荷载要求，保证屋盖安装过程中的变形量和杆件铆接穿孔质量，做到现场零扩孔，使工程的质量、安全、工期得到把控，为整个屋面工程的顺利完工打下坚实的基础，并为此类混合屋盖施工积累了经验。