摘要：上海軌道交通11號線南翔站A地塊辦公，商業及住宅幕墻工程，商業部分分原設計的采光頂是采用鋼管桁架式，效果較普通，為了提高商業地塊的價值，提高建筑的效果。我提出了采用單層網殼結構，造型按花生殼設計。本文簡介三維建模、深化設計及加工制做過程。
　　關鍵詞：花生殼，單層網殼，節點體系，數控加工，鋼管桁架式
　　
　　1，方案設計
　　1.1設計院的原方案：
　　
　　圖1：設計院的原方案圖2：單層網殼(花生殼)室內效果圖
　　
　　1.2單層網殼花生殼式方案
　　圖3：單層網殼(花生殼)室外效果圖
　　1.3經過比對，業主主最終采用了單層網殼(花生殼)的設計。
　　2，在確定了其本的方案后，對單層網殼(花生殼)的節點細部進行深化設計。
　　2.1首先是采用通用三維建模軟件建數字化模型。
　　
　　圖4（左）：花生殼局部數字化模型模圖
　　
　　2.2數據處理
　　對于空間自由曲面，網格劃分單線模型已經確定了的節點和桿件中心線
　　的位置，但未確定節點和桿件的局部坐標即構件的空間放置方位。由此，需要對構件的方位控制原則進行確認。網格模型為連續非光滑的離散結構，但每個分格相對于整體結構外形尺寸很小，故可借用光滑曲面的切面或法線的概念來確定節點的空間方位：節點法向為與之相連接三角形外法線(單位向量)矢量算術平均值；桿件法向為與之相連接兩個三角形外法線(單位向量)矢量算術平均值，見圖22。本方法未考慮各三角形頂角α在求矢量平均值過程中對面法線權值的影響，經過對比考慮α權值和不考慮結果，誤差在1%之內，本工程在具體計算過程中未考慮α權值的影響。從工程實踐來看，離散曲面簡化法線確認法足以滿足建筑外觀要求。確定節點與桿件局部坐標后，理論空間模型則唯一確立。
　　圖5：局部坐標系
　　3，基本術語與參照坐標系定義
　　3.1基本術語定義
　　1）翼緣方向：本工程的節點與桿件，位于天棚上部的我翼緣均稱為上翼緣，位于天棚下面的翼緣均稱為下翼緣。
　　2）節點法向：節點處各桿件在橫截面內從下翼緣中點指向上翼緣中點單位方向矢量的矢量和，即稱為該節點的法向向量，該向量始終指向球體外部。
　　3）彎扭牛腿型節點：方管匯交的節點區由鋼板焊接而成，其中節點區的上翼緣板與下翼緣板均為整板下料切割而成，牛腿區段的上下翼緣板均為彎扭板件。
　　3.2．彎扭節點參照坐標系定義
　　各牛腿所連桿件的上翼緣上表面中心線交點為O，即節點原點，Z軸與節點外法線方向重合且同向，X軸位于局部編號1號的牛腿上翼緣中心線與Z軸確定的平面內，Y軸以右手法則確定。Z軸與節點核心區上翼緣上表面的交點與O點重合。牛腿局部編號繞Z軸按右手法則排列分布。
　　4、編號規則
　　4.1桿件編號
　　桿件的編號由七位數字及字母組成：
　　
　　桿件流水碼在每一層區段內，以從上到下按照順序方向編排。
　　4.1節點編號
　　1）節點編號由七位數字及字母組成：
　　
　　節點流水碼在每一層區段內，以從上到下按照順序方向編排。
　　2）牛腿編號
　　節點上的牛腿用"NT-*"表示，其中字符"*"代表數字"1~8"，即牛腿順序號。一個節點上的牛腿以該節點的節點法向為轉軸，按右手規則依次按升序排號。起始牛腿（即NT-1）由詳圖給定。牛腿編號原則如圖1所例舉。
　　
　　圖6：牛腿編號原則圖
　　
　　3）牛腿控制點編號
　　a）牛腿端部控制點編號原則
　　如圖2所示。控制點編號n從1號牛腿按逆時針依次排列到最后一條牛腿，編號順次遞增。上下翼緣對應位置的編號相同，僅用翼緣的"上"、"下"區分。n=2N-1（其中N為牛腿編號）。
　　
　　圖7：彎扭節點牛腿端部控制點編號原則圖
　　
　　b）牛腿翼緣切割控制點編號原則:
　　如圖3所示。翼緣切割控制點編號n從1號牛腿按逆時針依次排列到最后一條牛腿，編號順次遞增。上下翼緣對應位置的編號相同，僅用翼緣的"上"、"下"區分。n=3N-2（其中N為牛腿編號）。上下翼緣在NT-1上定位孔在展開面局部坐標系下位置均為X=150、Y=0，如果下翼緣定位孔位置位于翼緣之外，可對上下翼緣定位孔Y坐標同時調整。
　　
　　圖8：彎扭節點牛腿腹板與切割控制點編號原則圖
　　
　　4）節點中的板件編號
　　a）腹板與封頭板編號原則如圖3所示，其中符號"*"代表數字"1~8"，即牛腿順序號。以節點法向為轉軸，按逆時針方向繞行來區分FB1與FB2。
　　b）腹板組立拼接如圖4所示，*-FB1開坡口，*-FB2伸長10mm。
　　
　　
　　圖9：腹板組立俯視圖
　　4.4節點及桿件鋼印標識說明
　　1）節點及桿件標識采用鋼印方式，鋼印深度應>0.5mm且應保證工廠油漆涂裝完畢后編號可清楚辨認。
　　2）節點鋼印標識在節?閔弦碓�鹞恢迷谂Ｍ�1上靠近中間區域右下角處,如圖5所示。
　　3）桿件鋼印標識在桿件上翼緣位置在桿件上翼緣中間處,如圖4所示。
　　4）深化設計中表示桿件與節點的"G"和"J"在鋼印標識中不表達。
　　5）鋼印中先導位的數字"0"不標識,通過數位表達,如深化設計中B09G003打印為B□9□□3,其中"□"表示數字"0"的占位空格。
　　6）由于各節點類型牛腿長度不一致，因此留給鋼印的位置空間不一，因此不對各節點類型字體大小作統一規定，清晰易辨認即可。
　　4.5．桿件
　　1）桿件的翼板及腹板長度按兩節點對應牛腿端面（端銑后）之間的距離下料，寬度方向
　　未標注加工余量。
　　2）當腹板長邊開坡口與翼緣焊接時，圖紙中標注的腹板寬度已扣除坡口間隙。
　　
　　圖10：節點與桿件標識鋼印示意圖
　　上翼緣俯視圖
　　
　　5、下料
　　1）牛腿長度確定原則：牛腿端面與對應的桿件軸線垂直。從節點原點到牛腿端面的��00mm。該長度不包括加工余量。
　　2）上下翼緣板均采用整板制作。板件下料圖中各牛腿的寬度未考慮加工余量，牛腿端部已考慮加工余量，余量為5mm。
　　6、加工
　　1）鋼結構構件的制作，其放樣、號料、切割、矯正、彎曲和邊緣加工、組裝《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）和《鋼結構工程施工質量驗收規范GB50205-2001）中相關要求及本工程的規定進行。
　　2）所有主要構件，除設計圖上另有規定外，一律不得用短料拼接。
　　3）所有鋼材在使用前均應按相應規范的規定進行復檢，如有變形等情況，應采取不損壞鋼材的方法展直矯正。
　　4）在放樣畫線時，應根據施工工藝要求，預估安裝焊接及構件加工中焊接收縮余量，以及切割、刨邊、銑平等的加工余量，對焊接收縮余量必要時應進行試驗測定。
　　5）本工程所有高強螺栓孔及工藝孔均應采用鉆孔制孔的方法。
　　7、數控加工數據
　　1）數控加工的電子數據文件格式為MicrosoftExcel.
　　2）每個電子表格包含四個工作表："平面割板數據"、"開圓孔定位尺寸"、"控制點三維坐標"及"牛腿角度數據"。
　　3）工作表"平面割板數據"：為上下翼緣平面板件下料切割控制點坐標。
　　4）工作表"開圓孔定位尺寸"：為節點1號牛腿上工藝孔的定位尺寸。
　　5）工作表"控制點三維坐標"：為各牛腿端面角點在節點坐標系中的空間坐標，包括收縮及端銑前后兩種加工狀態的數據。
　　6）工作表"牛腿角度數據"：為各牛腿在節點坐標系中的分度角、俯仰角與扭轉角。分度角為牛腿上表面中心線在節點法向垂直面的的投影夾角；俯仰角為牛腿上表面中心線向量（指向牛腿端面）與節點法向量之間的夾角；扭轉角為節點法向量在牛腿端面上的投影向量與牛腿截面方向向量之間的夾角。數據精度保留4位小數，單位為度。
　　8、焊接
　　8.1焊接施工要求
　　1）施工單位對所有焊接均應按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）及《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-2002）之嚴格要求進行。
　　2）在厚板及焊件厚度大于20mm的角接接頭的焊接中，施工單位（包括制作及安裝單位）應采取一切必要的措施為止在厚度方向出現層狀撕裂，焊接前，對母材焊道中心線兩側各2倍板厚加30mm的區域內進行超聲波探傷檢查。母材中不得有裂紋、夾層及分層等缺陷存在。
　　3）焊接施工過程中，應做好記錄，并隨時供監理單位和施工單位檢查。
　　4）當采用襯墊板焊接時，除焊接坡口根部間隙尺寸須符合設計要求外，應使襯墊板和焊件緊密貼合，使焊流溶入襯墊板，并符合要求：a)該墊板的預處理方法應與所焊構件相同。
　　5）當在預埋件上施焊時，應采用細焊條、小電流、分層、間隔施焊等措施，控制整塊埋件溫度。
　　6）三面圍焊及繞角焊時，轉角處必須連續施焊。
　　7）鋼結構構件在受力狀態下不得施焊。
　　8）焊縫應盡量避免相互重疊。
　　8.2焊接質量檢驗等級、無損檢測要求
　　1）節點腹板與翼緣、牛腿翼緣板與節點核心區板的聲波探傷，評定等級II，檢驗等級B級。
　　2）桿件腹板與翼緣的連接為全熔透二級焊縫，20%超聲波探傷，評定等級III，檢驗等級B級。
　　3）節點與桿件的對接焊縫為全熔透一級焊縫，100%超聲波探傷，評定等級II，檢驗等級B級。
　　4）節點牛腿端頭的封頭板與牛腿翼緣及腹板的連接為部分熔透三級焊縫。
　　5）所有角焊縫均為三級焊縫，并滿足二級焊縫外觀要求。
　　6）所有焊縫應作100%外觀檢查，其檢查標準按本說明GB50017-2003）及《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB50205-2001)要求進行，當上述檢查發生疑問時須進行著色滲透探傷或磁粉探傷的復檢。
　　9、安裝
　　1）安裝的主要工藝，如測量校正、厚鋼板焊接、栓釘焊接、高強度螺栓連接的摩擦面加工等，應在施工前進行工藝試驗，并制定各項操作工藝。
　　2）鋼結構的安裝，其定位軸線、標高、地腳螺栓，構件的質量檢查、安裝順序、接頭的現場焊接順序，鋼構件的安裝、安裝的測量校正、焊接工藝，高強螺拴施工工藝、結構的涂層等均應嚴格按照規范中相關要求進行。
　　3）高強螺栓連接的鋼構件之間，不得隨意擴孔。
　　10、總節
　　單層網殼率無論在造型及節約鋼材方面都有很大優勢，在國內屬發展初期，希望本文能給廣大工程開發，設計及施工人員有所幫助。