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　　1 工程概況

　　上海高行商業(yè)中心中庭膜結(jié)構(gòu)工程總建筑面積2232m2,方案為不規(guī)則橢圓體球殼。本工程下部為商業(yè)街,商業(yè)街形狀從平面上看像花生米外殼形狀,寬度方面由兩個(gè)直徑分別是13.5m至32.3m的圓,通過(guò)外切形成不規(guī)則的形狀和高度方面為最高高度是12m的殼體。從立面上看本工程像花生米外殼的一個(gè)殼體(圖1)。

　　2 復(fù)雜邊界的勘測(cè)和處理

　　本工程的地形復(fù)雜,膜結(jié)構(gòu)是處于兩個(gè)中間有變形縫的獨(dú)立建筑屋頂上的以鋼結(jié)構(gòu)為支撐的網(wǎng)殼膜結(jié)構(gòu)體系。由于基礎(chǔ)的布置比較復(fù)雜,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件,運(yùn)用全站儀對(duì)每個(gè)柱子進(jìn)行實(shí)地測(cè)量,再根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行建立模型確保結(jié)構(gòu)模型的準(zhǔn)確。在變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）縫的兩邊都有半個(gè)柱子,這樣要求設(shè)計(jì)一個(gè)滑動(dòng)支座（詞條“支座”由行業(yè)大百科提供）來(lái)支撐上部鋼柱。由于上部鋼結(jié)構(gòu)是一體的,而下部的建筑物是由兩個(gè)建筑物構(gòu)成的,故在建筑物一側(cè)的柱子必須有滑動(dòng)位移,就要求設(shè)計(jì)滑動(dòng)支座。這樣就準(zhǔn)確描繪出復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)的所有邊界,為下一步的設(shè)計(jì)工作提供了可靠的依據(jù)。

　　3 拱形單層網(wǎng)殼與復(fù)雜環(huán)形三角桁架（詞條“桁架”由行業(yè)大百科提供）相結(jié)含膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要領(lǐng)

　　對(duì)不規(guī)則的基礎(chǔ)形成復(fù)雜邊界，明確設(shè)計(jì)思路是至關(guān)重要的,否則設(shè)計(jì)完成的效果會(huì)變的雜亂無(wú)章,失去設(shè)計(jì)的規(guī)律性，難以保證膜結(jié)構(gòu)的美觀。我們通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的反復(fù)多次調(diào)整,最終確定了2個(gè)指導(dǎo)性的原則:

　　(1)對(duì)于拱形單層網(wǎng)殼，按照基礎(chǔ)的軸線、結(jié)構(gòu)美觀的要求和經(jīng)驗(yàn),確定了單層網(wǎng)殼的外周邊界,再根據(jù)單層網(wǎng)殼的外周邊界的跨度確定拱形的高度。在確定網(wǎng)格時(shí),首先根據(jù)設(shè)計(jì)的想法,在投影面上設(shè)計(jì)一個(gè)等邊的三角形網(wǎng)格，然后,再根據(jù)網(wǎng)格的交點(diǎn)與空間的曲面的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)確定拱形單層網(wǎng)殼的節(jié)點(diǎn)空間位置,最后,通過(guò)把各個(gè)節(jié)點(diǎn)連—起形成拱形單層網(wǎng)殼。

　　關(guān)于節(jié)點(diǎn)的處理,根據(jù)工程特性,設(shè)計(jì)了通過(guò)球節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)使得鋼管與鋼管之間的相貫線簡(jiǎn)化。這樣就保證了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化,同時(shí)視覺(jué)上也變得統(tǒng)一美觀。

　　(2)對(duì)于復(fù)雜環(huán)形三角桁架,根據(jù)單層網(wǎng)殼上部受力的傳遞方形、結(jié)構(gòu)變形的協(xié)調(diào)性和鋼構(gòu)件受力的特性,在設(shè)計(jì)時(shí),我設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)形三角桁架把上述的特性全融合進(jìn)來(lái)。這個(gè)環(huán)形三角桁架起到承上啟下的作用。由于環(huán)形三角桁架的寬度在5m左右高度1.5m,所以剛度非常大，就使得上部結(jié)構(gòu)所承受的外力傳遞到這個(gè)環(huán)形三角桁架對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的變形非常小。

　　通過(guò)環(huán)形三角桁架轉(zhuǎn)化到鋼柱基礎(chǔ)的平面內(nèi)的位移也非常小,就使得鋼柱和混凝土基礎(chǔ)的連接比較容易,確保滑動(dòng)支座的滑移位移非常小。通過(guò)環(huán)形三角桁架的應(yīng)用,使得本工程的鋼柱、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與混凝土基礎(chǔ)有個(gè)很好的融臺(tái)。

　　4 復(fù)雜邊界施工的控制方法

　　本工程復(fù)雜環(huán)形三角桁架是由弧形弦桿與直線腹桿組臺(tái)而成,而且彎管與彎管的相貫焊縫也很多,所以鋼結(jié)構(gòu)的安裝定位十分困難。本工程拱形單層網(wǎng)殼,為了解決在交匯點(diǎn)處構(gòu)件的相關(guān)線問(wèn)題,采用在交匯點(diǎn)設(shè)置空心鋼球和鋼球之間用直管的簡(jiǎn)化模型,但每個(gè)空間空心鋼球的坐標(biāo)點(diǎn)是不同的,鋼結(jié)構(gòu)的安裝定位非常困難。

　　為解決上述問(wèn)題,采用了精確勘測(cè)控制和精確加工相結(jié)合的方式解決。精確勘測(cè)控制的方法:苜先確定最下端部的鋼柱底部中心作為(0,0,0)控制點(diǎn),在圖紙上標(biāo)記處,每個(gè)鋼構(gòu)連接點(diǎn)的精確三維坐標(biāo)。在工地現(xiàn)場(chǎng)使用兩臺(tái)全站儀進(jìn)行施工坐標(biāo)控制,每連接一個(gè)點(diǎn)都由勘測(cè)人員進(jìn)行指揮到位。精確加工的方法:通過(guò)自行開(kāi)發(fā)的相貫線展開(kāi)程序,精確加工每個(gè)連接的相貫交點(diǎn)的相貫線,使得二次鋼構(gòu)連接于主鋼管時(shí)一步到位,對(duì)精確定位提供了便利條件。我們共進(jìn)行1∶ 1打印相貫線展開(kāi)線的圖紙1000多張,通過(guò)精確加工同時(shí)配合精確的全站儀定位,完美解決了復(fù)雜工程的精準(zhǔn)施工問(wèn)題,為此后的膜體施工提供了有利保證,誤差控制在2mm以內(nèi)。

　　5 復(fù)雜邊界連接節(jié)點(diǎn)

　　本工程采用PTFE膜材。由于膜材的面積較大,需要把其分成若干塊膜片單元進(jìn)行施工,所以膜分割處要用壓條（詞條“壓條”由行業(yè)大百科提供）形式;由于本工程業(yè)主要求有組織排水,所以要求拱形單層網(wǎng)殼與復(fù)雜環(huán)形三角桁架相結(jié)合膜結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)斷面采用天溝排水。由于膜結(jié)構(gòu)所覆蓋的面積比較大,降雨時(shí)所匯集的雨水比較多,因此,此天溝截面尺寸規(guī)格也比較大。使用天溝和鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）Fanstener相結(jié)合的調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn), 能解決鋼結(jié)構(gòu)的排水問(wèn)題以及復(fù)雜邊界條件引起的制作和安裝誤差消除掉的問(wèn)題。關(guān)于PTFE單層膜的連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求如下。

　　(1)在拱形單層網(wǎng)殼上的膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)分為兩種∷一種是通過(guò)鋼棒或襯鋼管把膜材支撐在鋼構(gòu)上(圖2、3 )：另一種是通過(guò)底膜底板把兩塊膜片分割開(kāi)并通過(guò)鋁壓條把其固定在一起(圖4,5)，這樣就可以把膜材與鋼結(jié)構(gòu)固定在一起。

　　(2)在拱形單層網(wǎng)殼與復(fù)雜環(huán)形三角桁架相結(jié)合膜結(jié)構(gòu)處,通過(guò)天溝和鋁合金Fantener的應(yīng)用,使得上部拱形單層網(wǎng)殼的膜材與下部復(fù)雜環(huán)形三角桁架的鋼結(jié)構(gòu)有效的連接在一起,并且不會(huì)存在邊際天溝處的漏水問(wèn)題(圖6 、7)。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　首先,在膜結(jié)構(gòu)施工時(shí),為了避免發(fā)生大跨度結(jié)構(gòu)的撓度變形對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響,要求結(jié)構(gòu)底起拱。加工構(gòu)件時(shí),必須考慮起拱的變形長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)安裝完成后的結(jié)構(gòu)與模型相一致,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其次,在安排安裝順序時(shí),要先把復(fù)雜環(huán)形三角桁架安裝到位后,才能進(jìn)行拱形單層網(wǎng)殼的安裝。在此過(guò)程中我們也總結(jié)出一套應(yīng)用于復(fù)雜邊界工程的實(shí)用方法,通過(guò)精確的勘測(cè)、總體設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、加工控制、施工控制等諸多方面相結(jié)合的方式才能達(dá)到最好的效果。【完】