前言：近年來，鋼結構、ETFE膜結構景觀工程越來越多，借助BIM軟件，其造型也越來越豐富，如鳥巢、世博軸等地標性建筑。深圳華潤前海金融中心項目天幕工程作為國內最大的懸挑網(wǎng)殼結構，鋼結構由圓鋼管組成菱形格構，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構上。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)最高點為節(jié)點編號175高約為27.9m；三區(qū)最高點為節(jié)點編號69高約為27.2m。共有X節(jié)點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膜結構
圖1天幕示意圖
二、X節(jié)點的構造及制作標準
1、X節(jié)點構造
組成網(wǎng)殼體的X節(jié)點如下圖。
圖2 X節(jié)點及其相關拉桿
招標圖紙給出了標準X節(jié)點的構成爆炸圖。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帶有圓孔，作為殼面拉桿的聯(lián)接板。X節(jié)點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)點構成爆炸圖
組成X節(jié)點的四管空中相交，雙曲網(wǎng)殼的數(shù)學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，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腔基本相配，其側邊即為左右管子焊接的襯板，保證管子等強度焊接的情況同時，焊縫寬度一致，焊后X節(jié)點表面平滑。
2、X節(jié)點制作質量標準
X節(jié)點制作質量包括三個方面，一是形態(tài)尺寸（即角度與尺寸）的制作質量，二是焊接質量，三是外觀質量。以下就這三個方面的質量控制和檢測分別闡述。
2.1節(jié)點形態(tài)尺寸質量標準
X節(jié)點制作所需的加工和檢測數(shù)據(jù)利用BIM 模型導出，以保證異形結構的準確。
BIM模型導出數(shù)據(jù)為各個X節(jié)點的節(jié)點中心點和四條支臂端面中心點的五個控制點的標準坐標。通過對每個X節(jié)點的五個控制點測量，將實際測量數(shù)據(jù)與標準坐標數(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（誤差控制標準）如下：
1）長度公差正負10mm；角度公差正負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所得。
2.2 X節(jié)點的焊接質量標準
X節(jié)點焊縫標準如下：
圖4焊縫檢測標準分區(qū)
在完成焊接24小時后，對焊縫進行探傷，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)點外觀質量標準
外觀質量標準如下：
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)點制作的重要技術
X節(jié)點制作是難度最高且最關鍵的，以下為節(jié)點制作的工藝技術：
1、工序一 計算機繪制加工數(shù)據(jù)
工具：自編軟件，可直接從數(shù)學模型取值。
目的：取得數(shù)據(jù)直接輸入CNC機器，以保證加工精度。
作業(yè)方法：A、與節(jié)點加工有關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)點加工進度與工地需求一致。
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、相貫線切割機器人。
目的：將組成節(jié)點的管子切出相貫線，以保證管子等強度焊接，并有合格外形。
作業(yè)方法：A、數(shù)據(jù)輸入按組，每個節(jié)點數(shù)據(jù)為一組；B、每根管子標注基準面；C、每個節(jié)點的管子半成品成組堆放；D、崗位定員并記錄。
作業(yè)標準：角度偏差小于正負0.5度。
2.2肋板切割
工具：數(shù)控等離子切割機、數(shù)控水切割機。
目的：A、加肋板用數(shù)控水切割機加工，以保證拉桿軸孔的精度；B、加肋板用數(shù)控等離子切割機加工，以保證高效生產。
作業(yè)方法：A、根據(jù)模型1：1畫出加肋板的cad圖并進行編號；B、將cad圖導入數(shù)控切割機進行切割； C、割完之后在肋板上進行編號并按序號堆放。D、崗位定員并記錄。
作業(yè)標準：長度偏差小于正負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、氣體保護焊機。
目的：將相鄰支臂管子根據(jù)BIM標注的角度與B加筋板組成基本單元，為X節(jié)點組立做好準備。
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整到垂直；B、將角鐵墊塊插入管子底部，并點焊固定，以保證管子不再轉動；C、依靠BIM數(shù)據(jù)，利用角度量具，將輔助夾具調整到規(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，然后進行測量和調整，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、復測無誤后，將該組合點焊固定；G、在V型腿上表面標上樣沖孔，并在每個腿上標上腿號，并進行復核。
圖5輔助夾具
作業(yè)標準：A、角度偏差小于正負0.5度；B、B加筋板與相鄰支臂修正過的相貫線內腔基本貼合，縫隙小于2mm；C、崗位定員并記錄。
2.4工序四 節(jié)點數(shù)控組立
工具：數(shù)控組立機。
圖6數(shù)控組立機
目的：通過數(shù)控組裝機上轉臺的三維旋轉，帶動節(jié)點基座三維旋轉幫助管子就位，保證節(jié)點的每根管子的角度準確性。
作業(yè)方法：A、找到每個節(jié)點想對應的兩個V型腿；B、在每個節(jié)點的基準腿的上表面敲鋼??；C、在V型腿固定于機器時，先將機器的零點進行校準，并進行回零的操作，并且每次進行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儀檢查補償；E、點焊固定時要考慮牢固問題；F、每當做完20個節(jié)點后，都要復核一次刻度盤的精度；G、崗位定員并記錄。
作業(yè)標準：角度偏差小于正負0.5度。
2.5 工序五 三座標測量
工具：三座標測量儀。
目的：利用三座標測量儀對節(jié)點逐一測量，以保證配合角度和座標準確性；
作業(yè)方法：A、將節(jié)點置于測量儀大理臺，將支點調節(jié)到穩(wěn)定；B、每個節(jié)點測量三次，取平均座標值與標準座標值照。
作業(yè)標準：A、數(shù)據(jù)需要反復核對，并作記錄；B、通過對每個X節(jié)點的控制點測量，將實際測量數(shù)據(jù)與標準坐標數(shù)據(jù)通過BIM模型進行比較，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（誤差控制標準）：空間長度坐標公差10mm以內；將對應的正度公差值標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：氣體保護焊機。
目的：利用氣體保護焊機，通過圓管標注的數(shù)值正負來確定焊接方向從而降低焊接時的溫度產生的變形。
注意事項：A、采用混合氣體以保證穩(wěn)定性；B、關鍵打底焊要小心，以保證焊縫質量； C、焊接負責人根據(jù)每個節(jié)點的實際測量值進行逐項交底，做好反變形的控制，并嚴格按照加焊接工藝進行焊接工作。D、焊接負責任必須保證每個焊接人員都有相應的焊接資質。
作業(yè)方法：對應圓管上標注的測量出的數(shù)值差，來確定焊接的方向，從而降低焊接的溫度變化產生的變形。
焊接順序：A、將x節(jié)點固定在鋼架上；B、從圓管內腔將兩側圓管與耳板連接處進行打底；C、翻轉，再將另外兩個圓管與耳板連接處進行打底；D、將X節(jié)點平放在地面，將相貫板與圓管連接處進行打底；E、翻轉，將另一面的相貫板與圓管連接處進行打底；F、圓管與耳板打底處進行碳刨清根；G、將X節(jié)點平放在地面上，將圓管與耳板連接處進行交叉打底至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X節(jié)點，重復G步驟；I、將打好底的這面進行滿焊，然后翻轉，將另一面進行滿焊；J、打磨及焊渣處理。
圖7 X節(jié)點的焊接過程
作業(yè)標準：A、根據(jù)三坐標檢測數(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進行碳刨至與內腔基本貼合；D、崗位定員并記錄，可根據(jù)實際情況增加所需人員；E、建議前20個X節(jié)點焊接完成后，測量一次三坐標，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：
工具：電腦超聲波焊縫檢測儀、磁粉、氣體保護焊機。
目的：保證焊縫質量，在達到等強度焊縫連接的同時，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)點的焊縫100%檢測；C、對有缺陷的焊縫修復，反修次數(shù)按照國標要求，利用碳棒和氣體保護焊機將焊縫刨開并重焊。
作業(yè)標準：在完成焊接24小時后，對焊縫進行探傷，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，具體標準詳見國標。
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)點會產生焊接變形，需要用五軸數(shù)控端面銑加工每個節(jié)點牛腿端面，以保證配合精度。通過該設備的轉臺三維旋轉，將管子轉到數(shù)字模型所決定的角度位置進行端面切削，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)點放置在工作臺上，要對準基準牛腿和基準角；B、數(shù)控數(shù)據(jù)輸入要反復核對，保證節(jié)點一致；
作業(yè)標準：A、數(shù)控數(shù)據(jù)需要反復核對，需要作記錄；B、X節(jié)點必須放穩(wěn)；C、一旦機器開始運作，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 三座標測量
工具：三座標測量儀
目的：利用三座標測量儀對節(jié)點逐一測量，以保證配合角度和座標準確性；
作業(yè)方法：A、將節(jié)點置于測量儀大理臺，將支點調節(jié)到穩(wěn)定；B、每個節(jié)點測量三次，取平均座標值與標準座標值照。
作業(yè)標準：A、數(shù)據(jù)需要反復核對，并作記錄；B、通過對每個X節(jié)點的控制點測量，將實際測量數(shù)據(jù)與標準坐標數(shù)據(jù)比較，可以得到支臂長度誤差。支臂長度誤差允許值（誤差控制標準）：空間長度坐標公差10mm以內；C、崗位定員并記錄；D、根據(jù)實際的測量情況與BIM模型的結合進行比較和分析；E、為合格的X節(jié)點附上合格證，合格證附上相應的質量數(shù)據(jù)，以便現(xiàn)場安裝。
結語：現(xiàn)在幕墻工程涉及的范圍越來越廣，對設計人員而言要求掌握的專業(yè)技能也越來越多，建筑類和機械類的知識是重中之重。作為一個幕墻設計人員，設計出來的幕墻不僅要滿足設計師外觀要求、要符合建筑類相應規(guī)范要求，還要使其易加工制作，易安裝調節(jié)。面對復雜的節(jié)點構造，我們要盡量優(yōu)化趨同，要集思廣益制定制作工序，保證質量要求。 一個成功的產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：
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