前言：近年來，鋼結(jié)構(gòu)、ETFE膜結(jié)構(gòu)景觀工程越來越多，借助BIM軟件，其造型也越來越豐富，如鳥巢、世博軸等地標(biāo)性建筑。深圳華潤前海金融中心項(xiàng)目天幕工程作為國內(nèi)最大的懸挑網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)由圓鋼管組成菱形格構(gòu)，呈不可解析曲面，由八根樹型柱和一對接地柱托起，整體造型如同一個展開的翅膀翱翔于天際，成為了深圳前海CBD地標(biāo)性建筑。

一、工程簡介

天幕水平投影面積約：3500㎡；網(wǎng)殼由一系列樹型柱和一對接地柱支撐在主體混凝土結(jié)構(gòu)上。天幕的表皮是ETFE氣枕和邊條溝及落水系統(tǒng)組成。天幕東檐角高約為23.5m；西檐角高約為26.3m；一區(qū)最高點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)編號175高約為27.9m；三區(qū)最高點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)編號69高約為27.2m。共有X節(jié)點(diǎn)210個、網(wǎng)殼面桿件464根、拉桿212根、邊梁分段34段、樹狀柱8根。ETFE膜結(jié)構(gòu)

圖1天幕示意圖

二、X節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造及制作標(biāo)準(zhǔn)

1、X節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

組成網(wǎng)殼體的X節(jié)點(diǎn)如下圖。

圖2 X節(jié)點(diǎn)及其相關(guān)拉桿

招標(biāo)圖紙給出了標(biāo)準(zhǔn)X節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成爆炸圖。該圖明確了三塊加肋板把四段管子連在一起，其中那塊同時將四段管子連在一起的加肋板兩側(cè)帶有圓孔，作為殼面拉桿的聯(lián)接板。X節(jié)點(diǎn)四段管子帶有不同角度，決定了與殼面桿件聯(lián)接的方向，從而決定了網(wǎng)殼的形狀。

圖3 X節(jié)點(diǎn)構(gòu)成爆炸圖

組成X節(jié)點(diǎn)的四管空中相交，雙曲網(wǎng)殼的數(shù)學(xué)模型決定了其相交角度。在此，將帶拉桿孔的那一整塊加肋板稱為A加肋板，將不帶拉桿孔的兩塊加肋板稱為B加肋板。在相貫線在同一平面的X節(jié)點(diǎn)，B板可以適配左右管子的腔體.在這種情況下，B板形狀與左右管子內(nèi)腔基本相配，其側(cè)邊即為左右管子焊接的襯板，保證管子等強(qiáng)度焊接的情況同時，焊縫寬度一致，焊后X節(jié)點(diǎn)表面平滑。

2、X節(jié)點(diǎn)制作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

X節(jié)點(diǎn)制作質(zhì)量包括三個方面，一是形態(tài)尺寸（即角度與尺寸）的制作質(zhì)量，二是焊接質(zhì)量，三是外觀質(zhì)量。以下就這三個方面的質(zhì)量控制和檢測分別闡述。

2.1節(jié)點(diǎn)形態(tài)尺寸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

X節(jié)點(diǎn)制作所需的加工和檢測數(shù)據(jù)利用BIM 模型導(dǎo)出，以保證異形結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確。

BIM模型導(dǎo)出數(shù)據(jù)為各個X節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)中心點(diǎn)和四條支臂端面中心點(diǎn)的五個控制點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)。通過對每個X節(jié)點(diǎn)的五個控制點(diǎn)測量，將實(shí)際測量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較，可以得到支臂長度誤差和角度誤差。支臂長度誤差和角度誤差的允許值（誤差控制標(biāo)準(zhǔn)）如下：

1）長度公差正負(fù)10mm；角度公差正負(fù)0.5度。

2）具體的長度和角度是通過三軸測量儀測量空間坐標(biāo)所得。

2.2 X節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

X節(jié)點(diǎn)焊縫標(biāo)準(zhǔn)如下：

圖4焊縫檢測標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)

在完成焊接24小時后，對焊縫進(jìn)行探傷，對一級焊縫部分，100%超聲波探傷或者100%磁粉探傷。三級焊縫作外觀檢查和磁粉探傷。

2.3 X節(jié)點(diǎn)外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）必須打磨平滑，無明顯凹凸或打磨痕跡；

2）完全與封樣一致。

三、X節(jié)點(diǎn)制作的重要技術(shù)

X節(jié)點(diǎn)制作是難度最高且最關(guān)鍵的，以下為節(jié)點(diǎn)制作的工藝技術(shù)：

1、工序一 計算機(jī)繪制加工數(shù)據(jù)

工具：自編軟件，可直接從數(shù)學(xué)模型取值。

目的：取得數(shù)據(jù)直接輸入CNC機(jī)器，以保證加工精度。

作業(yè)方法：A、與節(jié)點(diǎn)加工有關(guān)的是加工牛腿之間相貫線的數(shù)據(jù)和銑削角度。B、要按安裝順序編加工數(shù)據(jù)組，以保證節(jié)點(diǎn)加工進(jìn)度與工地需求一致。

2、工序二 數(shù)控切相貫線及肋板切割

2.1數(shù)控相貫線切割

工具：數(shù)控相貫線切割機(jī)、相貫線切割機(jī)器人。

目的：將組成節(jié)點(diǎn)的管子切出相貫線，以保證管子等強(qiáng)度焊接，并有合格外形。

作業(yè)方法：A、數(shù)據(jù)輸入按組，每個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為一組；B、每根管子標(biāo)注基準(zhǔn)面；C、每個節(jié)點(diǎn)的管子半成品成組堆放；D、崗位定員并記錄。

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：角度偏差小于正負(fù)0.5度。

2.2肋板切割

工具：數(shù)控等離子切割機(jī)、數(shù)控水切割機(jī)。

目的：A、加肋板用數(shù)控水切割機(jī)加工，以保證拉桿軸孔的精度；B、加肋板用數(shù)控等離子切割機(jī)加工，以保證高效生產(chǎn)。

作業(yè)方法：A、根據(jù)模型1：1畫出加肋板的cad圖并進(jìn)行編號；B、將cad圖導(dǎo)入數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割； C、割完之后在肋板上進(jìn)行編號并按序號堆放。D、崗位定員并記錄。

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：長度偏差小于正負(fù)0.5mm。

2.3工序三 相鄰支臂管子與B加筋板組合

工具：1000*3000劃線平臺、角度量具、輔助夾具、氣體保護(hù)焊機(jī)。

目的：將相鄰支臂管子根據(jù)BIM標(biāo)注的角度與B加筋板組成基本單元，為X節(jié)點(diǎn)組立做好準(zhǔn)備。

作業(yè)方法：A、在1000*3000劃線平臺上，用90度角尺將相鄰支臂管子的相貫線截面調(diào)整到垂直；B、將角鐵墊塊插入管子底部，并點(diǎn)焊固定，以保證管子不再轉(zhuǎn)動；C、依靠BIM數(shù)據(jù)，利用角度量具，將輔助夾具調(diào)整到規(guī)定角度，并固定；D、將平面上的固定好的夾具劃線，延長成一定的角度，然后進(jìn)行測量和調(diào)整，從而保證角度的偏差范圍在0.5度左右；

E、將相鄰管子和B加筋板組合，并嵌入輔助夾具；F、復(fù)測無誤后，將該組合點(diǎn)焊固定；G、在V型腿上表面標(biāo)上樣沖孔，并在每個腿上標(biāo)上腿號，并進(jìn)行復(fù)核。

圖5輔助夾具

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、角度偏差小于正負(fù)0.5度；B、B加筋板與相鄰支臂修正過的相貫線內(nèi)腔基本貼合，縫隙小于2mm；C、崗位定員并記錄。

2.4工序四 節(jié)點(diǎn)數(shù)控組立

工具：數(shù)控組立機(jī)。

圖6數(shù)控組立機(jī)

目的：通過數(shù)控組裝機(jī)上轉(zhuǎn)臺的三維旋轉(zhuǎn)，帶動節(jié)點(diǎn)基座三維旋轉(zhuǎn)幫助管子就位，保證節(jié)點(diǎn)的每根管子的角度準(zhǔn)確性。

作業(yè)方法：A、找到每個節(jié)點(diǎn)想對應(yīng)的兩個V型腿；B、在每個節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)腿的上表面敲鋼印；C、在V型腿固定于機(jī)器時，先將機(jī)器的零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，并進(jìn)行回零的操作，并且每次進(jìn)行V型腿加工的操作時都需操作此步驟；D、一個V腿組立完之后，另一個V腿由于前V腿自重下層需通過水準(zhǔn)儀檢查補(bǔ)償；E、點(diǎn)焊固定時要考慮牢固問題；F、每當(dāng)做完20個節(jié)點(diǎn)后，都要復(fù)核一次刻度盤的精度；G、崗位定員并記錄。

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：角度偏差小于正負(fù)0.5度。

2.5 工序五 三座標(biāo)測量

工具：三座標(biāo)測量儀。

目的：利用三座標(biāo)測量儀對節(jié)點(diǎn)逐一測量，以保證配合角度和座標(biāo)準(zhǔn)確性；

作業(yè)方法：A、將節(jié)點(diǎn)置于測量儀大理臺，將支點(diǎn)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定；B、每個節(jié)點(diǎn)測量三次，取平均座標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)座標(biāo)值照。

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、數(shù)據(jù)需要反復(fù)核對，并作記錄；B、通過對每個X節(jié)點(diǎn)的控制點(diǎn)測量，將實(shí)際測量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過BIM模型進(jìn)行比較，可以得到支臂長度誤差；C、崗位定員并記錄。

支臂長度誤差的允許值（誤差控制標(biāo)準(zhǔn)）：空間長度坐標(biāo)公差10mm以內(nèi)；將對應(yīng)的正度公差值標(biāo)注在每個圓管的上表面，以便于清楚焊接方向。

2.6 工序六 大焊

工具：氣體保護(hù)焊機(jī)。

目的：利用氣體保護(hù)焊機(jī)，通過圓管標(biāo)注的數(shù)值正負(fù)來確定焊接方向從而降低焊接時的溫度產(chǎn)生的變形。

注意事項(xiàng)：A、采用混合氣體以保證穩(wěn)定性；B、關(guān)鍵打底焊要小心，以保證焊縫質(zhì)量； C、焊接負(fù)責(zé)人根據(jù)每個節(jié)點(diǎn)的實(shí)際測量值進(jìn)行逐項(xiàng)交底，做好反變形的控制，并嚴(yán)格按照加焊接工藝進(jìn)行焊接工作。D、焊接負(fù)責(zé)任必須保證每個焊接人員都有相應(yīng)的焊接資質(zhì)。

作業(yè)方法：對應(yīng)圓管上標(biāo)注的測量出的數(shù)值差，來確定焊接的方向，從而降低焊接的溫度變化產(chǎn)生的變形。

焊接順序：A、將x節(jié)點(diǎn)固定在鋼架上；B、從圓管內(nèi)腔將兩側(cè)圓管與耳板連接處進(jìn)行打底；C、翻轉(zhuǎn)，再將另外兩個圓管與耳板連接處進(jìn)行打底；D、將X節(jié)點(diǎn)平放在地面，將相貫板與圓管連接處進(jìn)行打底；E、翻轉(zhuǎn)，將另一面的相貫板與圓管連接處進(jìn)行打底；F、圓管與耳板打底處進(jìn)行碳刨清根；G、將X節(jié)點(diǎn)平放在地面上，將圓管與耳板連接處進(jìn)行交叉打底至2/3管壁壁厚并將相貫板與圓管連接處打底至2/3管壁壁厚；H、翻轉(zhuǎn)X節(jié)點(diǎn)，重復(fù)G步驟；I、將打好底的這面進(jìn)行滿焊，然后翻轉(zhuǎn)，將另一面進(jìn)行滿焊；J、打磨及焊渣處理。

圖7 X節(jié)點(diǎn)的焊接過程

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、根據(jù)三坐標(biāo)檢測數(shù)據(jù)，焊接時控制反向變形；B、焊接過程要求連續(xù)進(jìn)行，并按工序一步步施焊，要求焊縫表面呈凹形，緩和過渡到母材，無咬邊缺陷；C、相鄰管子壁厚不等時，需將B加筋板靠近厚壁的一側(cè)進(jìn)行碳刨至與內(nèi)腔基本貼合；D、崗位定員并記錄，可根據(jù)實(shí)際情況增加所需人員；E、建議前20個X節(jié)點(diǎn)焊接完成后，測量一次三坐標(biāo)，及時了解焊后變形量，對后續(xù)工作也有保障。

2.7工序七 焊縫檢測和修復(fù)：

工具：電腦超聲波焊縫檢測儀、磁粉、氣體保護(hù)焊機(jī)。

目的：保證焊縫質(zhì)量，在達(dá)到等強(qiáng)度焊縫連接的同時，最大限度防止熱變形。

作業(yè)方法：A、對焊縫用超聲波檢測，面角焊縫用磁粉探傷；B、每個節(jié)點(diǎn)的焊縫100%檢測；C、對有缺陷的焊縫修復(fù)，反修次數(shù)按照國標(biāo)要求，利用碳棒和氣體保護(hù)焊機(jī)將焊縫刨開并重焊。

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：在完成焊接24小時后，對焊縫進(jìn)行探傷，對一級焊縫部分，100%超聲波探傷或者100%磁粉探傷。三級焊縫作外觀檢查和磁粉探傷，具體標(biāo)準(zhǔn)詳見國標(biāo)。

2.8工序八 數(shù)控銑端面：

工具：五軸數(shù)控端面銑。

目的：大焊后，節(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生焊接變形，需要用五軸數(shù)控端面銑加工每個節(jié)點(diǎn)牛腿端面，以保證配合精度。通過該設(shè)備的轉(zhuǎn)臺三維旋轉(zhuǎn)，將管子轉(zhuǎn)到數(shù)字模型所決定的角度位置進(jìn)行端面切削，在保證長度的同時，修正大焊造成的管子的角度偏差。

作業(yè)方法：A、將節(jié)點(diǎn)放置在工作臺上，要對準(zhǔn)基準(zhǔn)牛腿和基準(zhǔn)角；B、數(shù)控數(shù)據(jù)輸入要反復(fù)核對，保證節(jié)點(diǎn)一致；

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、數(shù)控數(shù)據(jù)需要反復(fù)核對，需要作記錄；B、X節(jié)點(diǎn)必須放穩(wěn)；C、一旦機(jī)器開始運(yùn)作，必須加工完成，不得中途停止、拆上拆下，否則影響精度；D、崗位定員并記錄。

2.9 工序九 三座標(biāo)測量

工具：三座標(biāo)測量儀

目的：利用三座標(biāo)測量儀對節(jié)點(diǎn)逐一測量，以保證配合角度和座標(biāo)準(zhǔn)確性；

作業(yè)方法：A、將節(jié)點(diǎn)置于測量儀大理臺，將支點(diǎn)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定；B、每個節(jié)點(diǎn)測量三次，取平均座標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)座標(biāo)值照。

作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、數(shù)據(jù)需要反復(fù)核對，并作記錄；B、通過對每個X節(jié)點(diǎn)的控制點(diǎn)測量，將實(shí)際測量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較，可以得到支臂長度誤差。支臂長度誤差允許值（誤差控制標(biāo)準(zhǔn)）：空間長度坐標(biāo)公差10mm以內(nèi)；C、崗位定員并記錄；D、根據(jù)實(shí)際的測量情況與BIM模型的結(jié)合進(jìn)行比較和分析；E、為合格的X節(jié)點(diǎn)附上合格證，合格證附上相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)，以便現(xiàn)場安裝。

結(jié)語：現(xiàn)在幕墻工程涉及的范圍越來越廣，對設(shè)計人員而言要求掌握的專業(yè)技能也越來越多，建筑類和機(jī)械類的知識是重中之重。作為一個幕墻設(shè)計人員，設(shè)計出來的幕墻不僅要滿足設(shè)計師外觀要求、要符合建筑類相應(yīng)規(guī)范要求，還要使其易加工制作，易安裝調(diào)節(jié)。面對復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，我們要盡量優(yōu)化趨同，要集思廣益制定制作工序，保證質(zhì)量要求。 一個成功的產(chǎn)品是所有失敗的積累，是所有苛刻要求的堅持，是所有崗位的付出。

參考文獻(xiàn)：

[1] 豆衍業(yè). 復(fù)雜構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)加工制作技術(shù)工藝分析[J].建材與裝飾, 2019(15):212-213.

[2]楊海坤; 趙偉團(tuán). 淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)制作工藝[J]. 數(shù)碼設(shè)計,2017(11):100-101.