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1、世博軸簡介目錄世博軸簡介陽光谷簡介工程特點、難點節(jié)點部分安裝與施工膜結構簡介膜材料的選擇膜材料的剪裁和節(jié)點優(yōu)化設計世博軸簡介上海世博會世博軸及地下綜合體工程(以下簡稱世博軸)，是世博會的主入口和世博園區(qū)的中央交通軸線。其屋面采用了鋼-索-膜的半敞開結構體系，南北長1045m，東西寬地下99.5～110.5m，地上80m，基底面積130699㎡，總建筑面積27169㎡，其中地上42877㎡，地下184292㎡。由標高一6．5、一1．0,4．5、10m的平面及膜結構屋頂組成(見圖1)，并設有6個標志性強的陽光谷，以滿足地下空間的自然采光，陽光
2、谷頂端與膜結構頂棚連接(見圖1)，是本次世博會的最大單體場館建筑。世博軸中的鋼結構為6個采用自由形態(tài)理念的單層鋼網(wǎng)殼陽光谷，它為大型索膜結構提供支點。大型索膜屋面由69個巨型膜單元構成，膜材厚度1.2mm，膜面總面積達68000㎡，使用年限30年。圖1上海世博會世博軸索膜結構Figure1.Cable—membranestructureofExpoAxisinChinaExpo2010ShanghaiChina陽光谷簡介世博軸共有6個陽光谷，結構體系均為三角形網(wǎng)格組成的單層網(wǎng)殼，結構下部為豎直方向，到上部邊緣逐步轉化為環(huán)向(見圖2)。陽光
3、谷為漏斗形單層網(wǎng)殼鋼結構，上表面覆蓋玻璃幕墻，整體通透。陽光谷平面為圓形或橢圓形，6個陽光谷的桿件拓樸連接完全相同，但6個陽光谷體型不一，其中4號陽光谷為旋轉對稱，其余均為軸對稱。每個陽光谷的高度為41．5m，最大底部直徑約20m，最大頂部直徑約90m，6個陽光谷總面積31500㎡。圖2工程特點、難點鋼結構呈空間不規(guī)則變化，沒有規(guī)律可循，對現(xiàn)場拼裝、安裝及測量校正帶來極大難度。大懸挑結構在安裝過程中的結構穩(wěn)定控制問題。大量的高空焊接及引起的焊接變形控制。單層網(wǎng)殼結構要求連接節(jié)點為剛性抗彎連接，節(jié)點連接方向多、角度不一，須選擇簡單及可靠的連
4、接形式。節(jié)點構造類型陽光谷節(jié)點有4種構造類型，分別為鋼板全焊接節(jié)點、鑄鋼焊接節(jié)點、螺栓對接翼緣焊接節(jié)點和僅螺栓對接節(jié)點。鋼板全焊接節(jié)點節(jié)點區(qū)翼緣厚25mm，腹板厚10mm；桿件區(qū)翼緣厚25mm，腹板厚5mm，如圖3所示。焊接節(jié)點圖3鋼板全螺栓對接翼緣焊接節(jié)點和僅螺栓對接節(jié)點①節(jié)點區(qū)翼緣厚30mm，腹板厚10mm；②桿件區(qū)翼緣厚25mm，腹板厚5mm。節(jié)點和桿件加工詳圖如圖4、5所示。事先將桿件端和節(jié)點端刨平，再對高強螺栓施加預緊力，將節(jié)點和桿件對接連接(見圖6)。加工詳圖圖4節(jié)點區(qū)加工詳圖圖5構建區(qū)點對接詳圖圖6桿件與節(jié)節(jié)點部分—難點、特
5、點節(jié)點呈三維空間形態(tài)．且數(shù)量眾多整個陽光谷造型為異形曲面，它是通過每個桿件交匯處節(jié)點的扭轉而形成空間結構。6個陽光谷共有一萬多個節(jié)點，且由于是異形曲面，幾乎沒有兩個完全相同的節(jié)點(圖7)。由圖7所示，每個節(jié)點分為牛腿區(qū)及中心區(qū)，各牛腿相對其它牛腿均不在同一平面，通過中心區(qū)過渡：由于選用了箱型截面桿件，各牛腿相對中心區(qū)存在著扭轉角、俯仰角和分度角關系，空間關系非常復雜。到目前為止國內(nèi)鋼結構工程中還尚未遇到，這給加工制作提出了很大的挑戰(zhàn)。圖7陽光谷典型節(jié)點效果圖節(jié)點制作精度要求高陽光谷結構作為世博軸的標志性建筑結構，不同于常規(guī)鋼結構范疇，屬于
6、精細鋼結構。三角形網(wǎng)格組成的單層網(wǎng)架，每個網(wǎng)格都相互制約。每個節(jié)點至少有4個牛腿，每個牛腿都與其它構件連接，任意一個牛腿出現(xiàn)過大的偏差都會影響構件的安裝。因此，為確?，F(xiàn)場安裝控制及建成后的外觀效果，對構件工廠加工提出了相對較高的制作精度。而常規(guī)的鋼結構加工將難以達到其精度要求，必須開發(fā)應用新的制作工藝。復雜鑄鋼節(jié)點制作工藝難陽光谷節(jié)點除了焊接形式外，為滿足結構受力要求，其中共有573個節(jié)點采用實心鑄鋼形式。節(jié)點各不相同且精度要求高，傳統(tǒng)鑄造工藝無論從經(jīng)濟性還是質量將難以保證。節(jié)點制作工期緊節(jié)點制作工藝，構件加工質量不僅要滿足設計及規(guī)范要求
7、，同時要確保該工藝滿足現(xiàn)場緊張的施工安排。陽光谷節(jié)點各不相同，決定了其產(chǎn)品的單一性，這將制約加工進度，須采取合理的加工工藝來保證成品的合格率。節(jié)點制作陽光谷鋼結構節(jié)點按照制作方式的不同可以分為鑄鋼節(jié)點與焊接節(jié)點。1)鑄鋼節(jié)點鑄鋼節(jié)點的關鍵問題在于如何能夠快速制作復雜節(jié)點鑄造模型，本工程采用“組合成模工藝”創(chuàng)新技術，即將各不相同的鑄鋼節(jié)點按一定的截面規(guī)格分解成標準模塊，然后將標準模塊按最終形狀組合成模。標準模塊采用高密度泡沫塑料壓注制成，利用機器人技術進行數(shù)控切割和數(shù)控定位組合成模，提高了模型的制作加工精度及效率。然后，采用熔模精鑄工藝(改
8、進的消失模鑄造技術)，提高鑄件尺寸精度以及表面和內(nèi)在質量(見圖8)。陽光谷共有實心鑄鋼節(jié)點573個，采用組合成模技術后，按不同桿件截面劃分為11種標準模塊，顯著降低造價，提高工效。圖8熔模精鑄
