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      鋁單板高空安裝新技術研究與施工

      時間:2021-06-20   訪問量:168

      隨著經濟高度發展及思想觀念的解放,建筑結構形式日趨新穎,異形幕墻工程數量與日俱增,越來越多的懸挑結構出現在我們的視野,其幕墻鋁板施工以傳統的框架式安裝和近年逐漸廣泛采用的單元式安裝為主。對于建筑結構高、懸挑距離大的,經常受到場地等因素約束,框架式或單元式安裝均難以滿足施工要求,為了突破此技術難點,本工程采用了單元式與框架式相結合的大板塊施工方法,成功完成了安裝任務。通過實踐驗證,此工法對類似工程具有較大借鑒意義。

      1工程概況

      新能源研究院工程由武漢市政府和華中科技大學共同組建,工程在設計上結合武漢氣候特點,綜合利用現有風能、水能及太陽能等多種節能技術和新能源技術,以期實現在日照充足的情況下“零”常規能源供應的目標。工程主塔樓地下 1 層、地上 17 層,建筑總高度為 127. 9m,整體造型似一朵綻放的“馬蹄蓮花”,是目前國內最大的仿生建筑(見圖 1)。塔樓外立面幕墻由玻璃幕墻、鋁格柵幕墻和雙曲鋁板幕墻 3 部分組成,挑檐位置的雙曲鋁單板幕墻最大懸挑出主體混凝土結構約 21m,安裝最高點近 110m,且鋁板板塊大,在國內外建筑工程中均屬罕見。而且,雙曲鋁單板是安裝在呈 24°傾角的花冠形鋼結構桁架上,對安裝措施提出了很高要求。

      2特點、難點分析

      1)工程造型新穎,挑檐超大雙曲鋁單板安裝高度高、懸挑距離遠。

      2)鋁板安裝在呈 24°傾角的鋼結構屋架上,精度不易控制,且周邊裙樓已施工完成,無法搭設施工平臺,安裝難度大。

      3)高空安裝,安全風險大。

      3設計方案優化

      根據現場實際情況,經過多個方案篩選、嚴密計算、方案洽商和專家論證,最終決定采用單元式大板塊的安裝方法,此方法是對常規的單元式吊裝及框架式吊裝兩種方法的有效結合。根據工程造型特點,通過計算機三維放樣,以軸線為單位,將整體挑檐鋁單板分解成48 塊(最大板塊:6m×13m,質量2100kg;最小板塊:6m×4.8m,質量775kg),提取板塊模型圖,通過坐標系轉換,繪制大板塊龍骨加工圖,在地面完成大板塊的龍骨和鋁板拼裝,然后進行板塊整體吊裝、定位及焊接,確保施工速度及安裝效果。

      4優點分析

      本工程挑檐雙曲鋁單板板塊大、安裝高度高、懸挑距離遠,常規的單元式安裝方法廠家可加工的鋁板尺寸有限,無法滿足本工程板塊大的需求;對于框架式安裝方法,受安裝高度及周邊裙樓的影響,無法搭設操作平臺,也無法滿足施工需求。單元式大板塊安裝方法對以上兩種方法進行了有效結合,按照框架式安裝方法在地面上進行大板塊拼裝,然后對拼裝好的單元板塊進行整體吊裝的設計,成功解決了該項施工難題。其具體優點如下。

      1)采用計算機三維放樣,板塊龍骨按軸線整體定型,更能有效控制尺寸偏差,為整體施工效果控制打下基礎。

      2)板塊全部在地面拼裝,與高空作業相比,操作人員能更好地控制龍骨與面板的拼裝、焊接質量,為雙向曲面的順滑度等效果控制提供便利條件。

      3)大板塊的定位、拼裝、焊接等主要工序從高空轉移至地面進行,一方面能有效降低高空作業的施工安全風險,另一方面可以采用多場地同時拼裝和多點位同時吊裝的方式,加快施工進度,縮短工期。

      4)單個板塊的尺寸大,板塊的總量少,可以有效減少板塊定位次數,降低定位偏差及板塊間拼接的累積誤差,能很好地控制雙曲鋁單板的安裝質量。

      5施工工藝流程

      5.1 加工圖繪制

      由于施工圖為整個屋架的三維模型圖,板塊加工的數據均需要從三維模型中提取。完整的板塊加工圖繪制經過以下幾個過程。

      1)板塊原始數據提取 按照板塊分割單位,從挑檐鋁單板整體模型中提取板塊模型圖。

      2)坐標系轉換 板塊空間結構斜向高差大,不利于板塊加工,通過轉換坐標系將加工圖從立式轉換為水平式。

      3)主龍骨放樣圖繪制 根據轉換后的模型圖,提取主龍骨放樣圖,并進行尺寸標注。

      4)龍骨組裝定位圖繪制 將轉換后的模型圖導入 Auto CAD 中,進行龍骨各控制點坐標標注,最終形成板塊加工圖。

      5. 2 龍骨制作安裝

      1)場地搭設 在各板塊吊裝區域搭設拼裝平臺。

      2)板塊龍骨制作 根據龍骨放樣圖制作板塊主龍骨及橫龍骨。

      3)板塊龍骨組裝 先根據板塊加工圖控制點坐標值對主龍骨進行定位,然后從起始控制點開始進行橫龍骨的連接。

      4)吊裝龍骨設置 在中縫主龍骨上方焊接鋼方通,形成 300mm 高桁架結構,加強板塊縱向剛度;在板塊背面焊接 50mm ×5mm 鍍鋅方鋼管斜向剪刀撐,加強板塊橫向剛度;斜撐與板塊龍骨相交處全部采用焊接;卷揚機及汽車式起重機吊點根據需要設置在吊裝專用龍骨上。

      5.3 雙曲面鋁板安裝

      1)以角點板為起點,按照先橫后縱順序安裝;鋁板通過自攻自鉆螺釘與龍骨連接。

      2)板塊折邊采用螺釘對穿連接,以保證板塊拼接的平整度。

      5.4 外蓋板安裝及打膠處理

      1)板塊拼裝完成后,在豎向分縫位置安裝外蓋板,包括鋁合金蓋板和圓弧鋁板柱。

      2)頂端第1塊外蓋板采用鋁板封頭,此工序在加工廠完成。

      3)蓋板與鋁板接縫處、裝飾柱與鋁單板接縫處采用膠縫處理。

      5.5 板塊吊裝

      施工步驟為:板塊釋放、轉移→板塊提升→板塊定位、固定。

      5.5.1 板塊釋放及轉移

      1)板塊與支架是整體,吊裝前采用汽車式起重機完成釋放工作。

      2)提升吊鉤,當板塊與支架達到分離臨界狀態時停止提升,然后逐點拆除支架對穿螺栓,逐步釋放板塊與支架的連接。

      3)待板塊全部釋放后,提升板塊至懸空狀態,然后觀察板塊是否出現塑性變形,若無就開始板塊轉移。

      4)通過汽車式起重機將板塊水平轉移至作業點正下方。

      5.5.2 板塊提升

      1)板塊轉移至作業點下方后,將卷揚機吊鉤與板塊預設吊點連接,進行板塊提升。

      2)待板塊全部由卷揚機著力之后,解除汽車式起重機吊鉤,開始向上提升板塊,提升過程中保持板塊水平。

      3)板塊臨時連接。待板塊提升至安裝點時,卷揚機停止工作,然后通過手拉葫蘆與板塊預設吊裝環連接,形成臨時連接。與此同時,卷揚機吊鉤不脫鉤。

      5.5.3 板塊定位

      1)板塊就位后通過微調手拉葫蘆對板塊位置進行定位。

      2)板塊定位參照點設置在板塊四邊,長邊設置3個參照點,短邊設置2個參照點。

      3)根據參照點與鋼結構桁架相對關系確定參照點微調空間范圍。

      4)最終以板塊外飾面拼接效果為依據確定板塊的最終定位點。

      5.5.4 板塊固定

      1)板塊定位完成后,用方鋼管將板塊與主鋼構上弦桿焊接固定。

      2)板塊固定時,應順應板塊原弧度尺寸,盡量避免手拉葫蘆強力拉拽等方式強制裝配,以減小板塊整體變形。

      6質量控制措施

      6.1 板塊拼裝質量控制板塊拼裝質量作為施工質量的基礎及源頭應做重點控制,其控制內容主要包括加工圖準確度復核、加工過程質量監控及板塊驗收等方面。

      1)加工圖復核 板塊加工圖繪制的整個過程包括多個圖形處理環節,出錯概率較大,為確保最終加工圖與模型圖的一致性,加工圖在用于指導施工之前需由技術負責人進行復核。

      2)旁站監督 板塊在拼裝過程中,由管理人員旁站監督,對龍骨加工的精度、龍骨組裝的誤差、鋁板安裝的順滑度等方面進行過程監控。

      3)板塊驗收 板塊吊裝之前,項目部應進行自檢,并請監理、業主單位進行板塊驗收,驗收合格后方可用于吊裝。

      6.2 板塊定位質量控制

      由于現場條件限制,板塊定位采用非完全精確定位方式,主要參照依據是鋼構桁架及連系桿的空間位置。為保證整體安裝質量,必須重點控制板塊定位精度。

      1)預留調節空間

      板塊固定時,先固定上邊、下邊及主桁架所在豎向邊;第4邊待相鄰板塊安裝完成后,統一調整進場尺寸再固定,保證板塊拼接時的平整度。

      2)接縫順滑度控制

      檐口向下兩塊鋁板的豎向接縫無裝飾柱封閉,板塊固定時,從檐口開始向下逐點連接,確保拼接的順滑度。

      6.3 成品保護

      1)鋁板搬運過程中用海綿鋪墊小車,避免材料表面油漆磨損。

      2)板塊整體拼裝完成后再撕掉鋁單板保護膜。

      3)板塊拼裝完成后,四周設置防護桿,防止鋁板被撞擊損壞。

      7結語

      由于建筑結構的特殊性,采用單元式大板塊安裝方法可以解決雙曲鋁單板板塊大、安裝高度高、吊裝措施難、安全風險高等難題,經專家論證后實施,保證了施工質量和安全,取得了良好的經濟和社會


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