摘要：江蘇省園藝博覽會未來花園植物（wù）園采用不鏽鋼作為主體結構，上覆蓋透明的亞克力板（bǎn），並有照明、水景等。42個傘柱狀結構單元構成其主（zhǔ）體不鏽鋼結構，每個傘狀結（jié）構單元為外切圓直徑21米的正12邊形，傘單元總（zǒng）覆（fù）蓋麵積約15000平方米（mǐ），表麵（miàn）4K鏡麵。不鏽鋼作為大型建築結構材料使用屬於國內首例，本篇（piān）文章總（zǒng）結了不鏽鋼傘（sǎn）狀結（jié）構（gòu）施工的關鍵技術，供後續類似不鏽鋼結構項目施工參考。
關鍵詞：異形鋼結構、傘狀結構，不鏽鋼結構，4K鏡麵。
公司是一（yī）家（jiā）集精密機械零部件加工，北京不鏽鋼零件加工,北京鈦合金加工（gōng）各類工裝夾具、治具、非標設備設計製造以及衝壓模具、注塑模具、橡膠模具加工的專業廠家，是（shì）中國（guó）模具協會會員企（qǐ）業。
圖1 傘狀（zhuàng）樹（shù）平麵圖
圖2 傘狀樹立麵圖
1.工程概況
未來花園植物園主體結構采用S31603不（bú）鏽鋼材料，整體（tǐ）結構（gòu）形式為傘殼結構，共（gòng）有42把傘連成一體，不鏽（xiù）鋼結構表麵（miàn）4K鏡（jìng）麵，造型視覺富有衝擊力，國（guó）內乃至世界範（fàn）圍（wéi）內均無類似案例。傘狀結構中不鏽（xiù）鋼杆件形式有矩（jǔ）管、橢圓管、異形漸（jiàn）變橢（tuǒ）圓（yuán）管。結構形式獨特、新穎，國內無類似結構標準和案例供參（cān）考。鋼結構工程中有新材料、新型構件和節點等（děng）應用。
圖3 傘狀樹效果圖
2.項目特點、難（nán）點
1）本項（xiàng）目采用的S31603不鏽鋼材料為奧氏體不鏽鋼，具有熱導率低、線膨脹係數大、無磁（cí）性、耐腐（fǔ）蝕等特性。奧氏體不鏽鋼導（dǎo）熱係數（shù）大約隻是低碳鋼的一半，而線膨脹係數（shù）很大，焊接後接頭部位會產生較大的焊接內應力，表現為容易出現焊接裂紋和焊接局部（bù）收縮。
2）傘狀不鏽鋼結（jié）構群橫向長度348米，***終效果要求是整體（tǐ）不留溫度收縮縫（féng），整體的熱脹冷縮量非常（cháng）大，溫（wēn）度應力顯著，施（shī）工中的溫度應力是施工分析模擬（nǐ）的重點（diǎn）研究對象。要求施工過程中假（jiǎ）設的初始溫度情況下傘狀（zhuàng）結構之間的施工應力（lì）***小。需要分（fèn）析考慮設置合理的施工過程中的溫度收縮縫，預留的溫度（dù）收縮縫需要（yào）在合理的溫度情況下進行（háng）合攏。
3）不鏽（xiù）鋼結構焊（hàn）接收縮變形量大，需要通過分（fèn）析計算進行安裝焊接（jiē）順序模擬，計算分（fèn）析（xī）出***合理的杆件安裝焊接順序，實現焊接施工過程中產生的杆件內部應力不大於設（shè）計的使用要求，同時又能（néng）有效控製杆（gǎn）件的焊接（jiē）變形量。
4）本項目位（wèi）於廢棄（qì）的礦坑（kēng）中，地況複雜，礦坑地勢高低（dī）起伏（fú），需要充分合理的考慮施工機械設備及路線選擇（zé）。
5）因（yīn）不鏽鋼結構上部為覆水屋麵（miàn），需要保證覆（fù）水屋麵的平麵度，對結構整體精度要求（qiú）就非常（cháng）高，不但要重視其空間（jiān）******位置（zhì）精度，更（gèng）需（xū）******控製各施工（gōng）環節中杆件安裝的相對精度（dù），以保證後續安裝定位的準（zhǔn）確性。
6）項目采用滿堂的格構柱和（hé）腳手架，造成視野不通透，在礦坑內無法實施測量，需（xū）要將全站儀架設在輔助高架（jià）或者礦坑邊緣位置，並需要高空架設儀器和棱鏡，安裝測量難（nán）度大。
7）傘狀不鏽鋼結構（gòu）既做為結構件又做為裝（zhuāng）飾件的項目。加工工藝複雜，加工精度及（jí）表麵效果要（yào）求高（gāo）。不鏽鋼構件加工涉及到圓管多曲相貫線切割、厚板折彎、大截麵厚方管折彎、激光切割、拚焊、4K拋光等多個複（fù）雜的加工（gōng）工藝。構件的加工精度會直接（jiē）影響傘狀樹的（de）拚裝精度（dù）和外觀效果，甚至影響42棵樹整（zhěng）體體係結構安全。
8）對（duì）焊縫焊接質（zhì）量驗收標準要求高，大量的現場焊縫要（yào）求為一、二級焊縫。焊接焊縫要求打磨、拋光後（hòu）幾（jǐ）乎看不出來有（yǒu）焊縫的痕跡。
3.施工關鍵技術和工（gōng）序
3.1施工模擬與試（shì）驗
1）施工模擬包括了施工現場地況、路（lù）網、主體（tǐ）鋼結構、施工器械的BIM動態施工模擬，以及施工（gōng）過程中主（zhǔ）體鋼結構施工應力的（de）仿真分析模擬。做到合理高（gāo）效的製定人員、機械投入計劃，並有效控製施（shī）工過程安全質量，確（què）定（dìng）施工過程監測測點及監測內容。
圖4 BIM施工模擬
a 單顆（kē）傘（sǎn）狀結構杆件安裝有限元（yuán）仿真計算分析
b 整體傘狀結構有限元仿真計算分（fèn）析
圖5 有限元仿真計算分析
2）鋼結（jié）構工程中有新材料（liào）、新形構件和節點應用時，采用（yòng）設計分析與試驗驗證方式是國內工程中通（tōng）行方式，也（yě）是後續各種審查和專家論證時的必要（yào）技術條件。試驗***終目的是和設計（jì）分（fèn）析、相關規範共同構成完整設計，達（dá）到結（jié）構安全且經濟、施工可行方便（biàn），同時也要滿足建築效果。基於以上原因不鏽鋼結構需要做相應的試驗（yàn）。
不鏽鋼結構承（chéng）載力試驗共分為三部（bù）分：
（a）1：3 整體承載力試驗；
（b）1：1 局部節點承載力試驗（yàn）；
（c）變截（jié）麵異形橢圓交叉管承載（zǎi）力試驗。
圖6 試驗（yàn）驗證
3.2專家論證（zhèng）
項目屬於國內不（bú）鏽鋼（gāng）材料在（zài）建築（zhù）鋼結構領域的首次使用，無類似（sì）施工案例參考，施工方法具有（yǒu）一定的特殊（shū）性，因此組織相關專業技術人員製定專（zhuān）項施（shī）工方案，並對施工方案進行專家論（lùn）證（zhèng）。
《不（bú）鏽鋼結構技術規（guī）程》 CECS 410:2015，針對不鏽鋼施工驗收所規定的內容並不詳盡，因此專門編製了《未（wèi）來花園不鏽（xiù）鋼（gāng）結構施（shī）工（gōng）質量（liàng）驗收標（biāo）準》，並進行（háng）了專家論證。
圖7 專家論證
3.3下料加工
傘狀樹因其特殊的外觀要求，所有結構均沒有現成的型材可供使用，所有型材均有不鏽鋼鋼板加工而成，主要為板變（biàn）圓、圓變方、圓邊橢圓等，其主要工（gōng）序如下（xià）圖：
圖8 型材加工
不鏽鋼型（xíng）材加工完成後開始結構加工，主要包（bāo）括：下料、拚裝、焊接（jiē）、矯正（zhèng）、打磨拋光等（děng）工序。用******的設（shè）備依據三維模型數控下料加工避免人工放樣，按照工藝參數嚴格控（kòng）製焊接、打磨工藝，開發構件定位、定（dìng）形尺（chǐ）寸的模具把複雜異形的構件標準化裝配。
圖9 構（gòu）件加工定位（wèi）工裝
3.5現場（chǎng）安裝
現（xiàn）場安裝焊接順（shùn）序（xù）：樹柱（zhù）→主肋ZL→外環杆件WH→次肋CL→外環交叉杆WX→中環交叉杆ZX→ 內部斜杆NX。
圖10 不鏽鋼傘狀結構安裝步驟
3.6支撐塔架及腳手架安裝
支撐塔架主要為不鏽鋼傘狀（zhuàng）結構安裝時，結構未形成完整的受力體係，根據midas軟件施工模擬分析（xī）計算施工過程中***易變形（xíng）、***薄（báo）弱的點位，布置相應的支撐塔架（jià），為傘狀結構安裝的杆（gǎn）件提供一個穩定的支撐，同時（shí）因為傘（sǎn）狀（zhuàng）結構形狀複雜，采用盤扣式腳手架搭設時靈活性（xìng）更大些，更（gèng）能結合（hé）結構（gòu）特性作出適應性的變化。
圖11支（zhī）撐塔（tǎ）架及腳手架搭設立麵圖
3.7測量
測量控製（zhì）網應遵循先整體、後局部，高精度（dù）控製低精度的原則建（jiàn）立。測量控製網的基準點要選在通視條件良好、安（ān）全、易保護的地方。相應等級基準點的埋設要不能低於《工程測量規（guī）範》的要求（qiú）。測量控製網（wǎng）建立後要做好（hǎo）測量控製（zhì）網協同維護工作。
本工程平麵控製網分二級布設，******級四邊（biān）形邊角網（wǎng）作為整體控製，第二級（jí）主軸線控製網直接用（yòng）於施工放樣。
由於兩個基準（zhǔn）點（diǎn）都位於礦坑頂部的路麵上（shàng），在礦坑（kēng）中進（jìn）行測量時，可采用後方交會法。方便傘（sǎn）狀樹測量，對（duì）建站位置基本無要求，能夠（gòu）自由建站；對建站地麵無要求，不需要進（jìn）行設站點的硬化（huà）與固定。可同時多（duō）個全（quán）站（zhàn）儀進行（háng）建站測量，同時開（kāi）展工（gōng）作，加快測量進度。
圖12 礦坑基準點位布（bù）置
3.9不鏽鋼結構焊接
傘狀不鏽鋼結構焊接主要采用GTAW+GMAW結合的方式進行。異形構件無法在（zài）焊縫根部設置襯墊，通過GTAW打底，有效（xiào）確保焊縫（féng）根部成型質量；采用GMAW焊（hàn）接中間層，提高（gāo）焊接（jiē）成型效率；采用GTAW蓋麵，控製焊縫餘高及表麵（miàn）成型質量，減少後續打磨拋光工作量。
圖13 結構焊接及檢（jiǎn）測
3.10表麵打磨拋光
打磨拋光工藝流（liú）程：表麵檢查→（焊縫及兩側）粗磨→半精磨→精磨→拋光→擦亮。
打磨拋（pāo）光質量控製：
1）材（cái）質表麵不允許有雜質點、沙孔（kǒng）；
2）後道（dào）工序須消除前道工序打磨痕跡；
3）製定成品保護方案，避免（miǎn）產品二次受損（sǔn），不允許有夾傷、壓痕、碰傷（shāng）、擦（cā）花。
圖14 表麵打磨拋光
3.11健康監測
本項目的傘柱狀結構采用不鏽鋼作為（wéi）主材，且結構造型新型，不僅作為植物園罩（zhào）棚的支承結構，還承載自重和亞克力板上（shàng）部水荷載，施工過程（chéng）的安（ān）裝方案也較為（wéi）複雜。傘（sǎn）柱狀結構空間定位難度大，施工過程複雜，結構（gòu）施工過程中的主要（yào）受力構件與一些關鍵部位的（de）內力、位移等參數的變化情況以及結構卸載期間的受力（lì）狀態是否與初始設計相符，是否仍處於容（róng）許範圍以內，成為一個不可忽視的問題。這就要求本工程在施工階段對鋼結構關鍵構件的應力應變、結構（gòu）位移進行監測。
圖15 施工過程中監測布置及（jí）監測（cè）結果曲線
4.注意事（shì）項
1）不鏽鋼結構杆件的加工、安裝精度應符合設計、規範要求，構件出廠前應進行構件的預拚裝，運（yùn）輸過程中要對杆件做好成（chéng）品（pǐn）保護。
2）不鏽（xiù）鋼焊接收縮變形量大，焊接工人應嚴格按照焊接工藝評定中規定的參數施焊，嚴格控製焊接（jiē）電流、電壓和焊接速度。焊工需經考試合格後持證上崗。
3）不鏽鋼杆件在出廠前（qián）應進行打磨、拋光處理，以減少現場打磨拋（pāo）光的工作（zuò）量，現（xiàn）場安裝、焊接完成後需要對所有構件進行二（èr）次打磨拋光，以避免不同時期打磨拋光（guāng）造成的表麵明顯色差。
4）溫度收縮縫處理應嚴格控製在25±2度的情況下閉合施焊，旁邊放（fàng）置測溫計進行溫度監測。若一天（tiān）中25±2度的時段內未完成閉合施焊，應停止施焊，待第二天繼續在（zài）25±2度的時（shí）段完成施焊（hàn）。
5.結語
傘（sǎn）狀樹不鏽（xiù）鋼結構（gòu）施工過程中通過BIM模擬施工（gōng）工況進行組織施工；通過midas軟件進行全過程的施工仿真分析計算；對結構的關鍵控製部位進行施工過程的（de）健康檢測（cè）；梳理了質（zhì）量控製關鍵點，並在施工過（guò）程中進行重點把控，傘狀不鏽鋼結（jié）構的安裝精度、焊（hàn）接質量、表觀效果得到良好的控製。並編製形成了不鏽鋼結構施工的（de）驗收標準和不鏽鋼結構焊縫探傷標準。為不鏽鋼作為主受力結構在（zài）建築工程中的推（tuī）廣應用奠定相關技術基礎。
作（zuò）者簡（jiǎn）介
1、 王兆東、員浩陽、賈連軍，南京築新建築工程（chéng）有限公司
2、 羅仁（rén）軼，中國建築第（dì）八工程局有限（xiàn）公司總（zǒng）承包公（gōng）司
參考文（wén）獻●●
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