隨著經(jīng)濟(jì)(Economy)高度發(fā)展及思想觀念的解放，建筑結(jié)構(gòu)形式日趨新穎(Novel)，異形幕墻工程數(shù)量與日俱增，越來越多的懸挑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在我們的視野，其幕墻鋁板施工以傳統(tǒng)的框架式安裝和近年逐漸廣泛(extensive)采取的單元式安裝為主。對于建筑結(jié)構(gòu)高、懸挑距離大的挑檐烤瓷鋁板，經(jīng)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(shù)難點(diǎn)，本工程采取了單元式與框架式相結(jié)合的大板塊施工方法(method)，成功完成了安裝任務(wù)。通過實(shí)踐驗(yàn)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（research)院工程由武漢市政府和華中科技大學(xué)共同組建，工程在設(shè)計(jì)上結(jié)合武漢氣候特點(diǎn)，綜合利用現(xiàn)有風(fēng)能、水能及太陽能等多種節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)在日照充足的情況下“零”常規(guī)能源供應(yīng)的目標(biāo)。烤瓷蜂窩板也指將大量的截止波導(dǎo)焊接在一起，構(gòu)成截止波導(dǎo)陣列，形成很大的開口面積，同時(shí)能夠防止電磁波泄露的面板。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(nèi)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，挑檐位置的雙曲烤瓷鋁板幕墻最大懸挑出主體混凝土(Concrete)結(jié)構(gòu)約 21m，安裝(ān zhuāng)最高點(diǎn)近 110m，且鋁板板塊大，在國內(nèi)外建筑工程中均屬罕見。而且，雙曲烤瓷鋁板是安裝在呈 24°傾角的花冠形鋼結(jié)構(gòu)桁架上，對安裝措施提出了很高要求。



2 特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1)工程造型新穎，挑檐超大雙曲烤瓷鋁板安裝(ān zhuāng)高度高、懸挑距離遠(yuǎn)。

2)烤瓷鋁板安裝(ān zhuāng)在呈 24°傾角的鋼結(jié)構(gòu)屋架上，精度不易控制（control)，且周邊裙樓已施工完成，無法搭設(shè)施工平臺(tái)，安裝難度大。

3)高空安裝，安全風(fēng)險(xiǎn)大。


3 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)過多個(gè)方案篩選、嚴(yán)密計(jì)算、方案洽商和專家論證，最終決定采取單元式大板塊的安裝(ān zhuāng)方法，此方法是對常規(guī)的單元式吊裝及框架(framework)式吊裝兩種方法的有效結(jié)合。根據(jù)工程造型特點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)三維放樣，以軸線為單位，將整體挑檐烤瓷鋁板分解成48 塊(最大板塊:6m×13m，質(zhì)量(Mass)2100kg;最小板塊:6m×4.8m，質(zhì)量775kg)，提取板塊模型圖，通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，繪制大板塊龍骨加工(Processing)圖，在地面完成大板塊的龍骨和鋁板拼裝，然后進(jìn)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(yōu)點(diǎn)分析

本工程挑檐雙曲烤瓷鋁板板塊大、安裝高度高、懸挑距離遠(yuǎn)，常規(guī)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(shè)操作平臺(tái)，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(jìn)行了有效結(jié)合，按照框架式安裝方法在地面上進(jìn)行大板塊拼裝，然后對拼裝好的單元板塊進(jìn)行整體吊裝的設(shè)計(jì)，成功解決了該項(xiàng)施工難題。其具體優(yōu)點(diǎn)如下。

1)采取計(jì)算機(jī)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(chǔ)。

2)板塊全部在地面拼裝，與高空作業(yè)相比，操作人員能更好地控制龍骨與面板的拼裝、焊接質(zhì)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(zhuǎn)移至地面進(jìn)行，一方面能有效降低高空作業(yè)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，另一方面可以采取多場地同時(shí)拼裝和多點(diǎn)位同時(shí)吊裝的方式，加快施工進(jìn)度，縮短工期。

4)單個(gè)板塊的尺寸大，板塊的總量少，可以有效減少板塊定位次數(shù)，降低（reduce)定位偏差及板塊間拼接的累積誤差，能很好地控制雙曲烤瓷鋁板的安裝質(zhì)量。


5 施工工藝流程

5.1 加工圖繪制

由于施工圖為整個(gè)屋架的三維模型圖，板塊加工的數(shù)據(jù)均需要從三維模型中提取。烤瓷鋁板是指用鋁錠軋制加工而成的矩形板材，分為純鋁板，合金鋁板，薄鋁板，中厚鋁板，花紋鋁板。完整的板塊加工圖繪制經(jīng)過以下幾個(gè)過程。

1)板塊原始數(shù)據(jù)提取 按照板塊分割單位，從挑檐烤瓷鋁板整體模型（model）中提取板塊模型圖。

2)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 板塊空間結(jié)構(gòu)斜向高差大，不利于板塊加工，通過轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系將加工圖從立式轉(zhuǎn)換為水平式。

3)主龍骨放樣圖繪制 根據(jù)轉(zhuǎn)換后的模型圖，提取主龍骨放樣圖，并進(jìn)行尺寸標(biāo)注。

4)龍骨組裝定位圖繪制 將轉(zhuǎn)換后的模型（model）圖導(dǎo)入 Auto CAD 中，進(jìn)行龍骨各控制點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)注，最終形成板塊加工圖。


5. 2 龍骨制作安裝

1)場地搭設(shè) 在各板塊吊裝區(qū)域搭設(shè)拼裝平臺(tái)。

2)板塊龍骨制作 根據(jù)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(jù)板塊加工圖控制（control)點(diǎn)坐標(biāo)值對主龍骨進(jìn)行定位，然后從起始控制點(diǎn)開始進(jìn)行橫龍骨的連接。

4)吊裝龍骨設(shè)置 在中縫主龍骨上方焊接鋼方通，形成 300mm 高桁架結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)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(qiáng)板塊橫向剛度;斜撐與板塊龍骨相交處全部采取焊接;卷揚(yáng)機(jī)及汽車(auto)式起重機(jī)吊點(diǎn)根據(jù)需要設(shè)置在吊裝專用龍骨上。


5.3 雙曲面鋁板安裝

1)以角點(diǎn)板為起點(diǎn)，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)板塊折邊采取螺釘對穿連接，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塊外蓋板采取鋁板封頭，此工序在加工廠完成。

3)蓋板與鋁板接縫處、裝飾柱與烤瓷鋁板接縫處采取膠縫處理。


5.5 板塊吊裝

施工步驟為:板塊釋放、轉(zhuǎn)移→板塊提升→板塊定位、固定。

5.5.1 板塊釋放及轉(zhuǎn)移

1)板塊與支架是整體，吊裝前采取汽車式起重機(jī)完成釋放工作。

2)提升吊鉤，當(dāng)板塊與支架達(dá)到分離臨界狀態(tài)時(shí)停止提升，然后逐點(diǎn)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(tài)，然后觀察板塊是否出現(xiàn)塑性變形，若無就開始板塊轉(zhuǎn)移。

4)通過汽車式起重機(jī)將板塊水平轉(zhuǎn)移至作業(yè)點(diǎn)正下方。

5.5.2 板塊提升

1)板塊轉(zhuǎn)移至作業(yè)點(diǎn)下方后，將卷揚(yáng)機(jī)吊鉤與板塊預(yù)設(shè)吊點(diǎn)連接，進(jìn)行板塊提升。

2)待板塊全部由卷揚(yáng)機(jī)著力之后，解除（解釋:解決、消除)汽車式起重機(jī)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(shí)連接。待板塊提升至安裝點(diǎn)時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)停止工作，然后通過手拉葫蘆與板塊預(yù)設(shè)吊裝環(huán)連接，形成臨時(shí)連接。與此同時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)吊鉤不脫鉤。

5.5.3 板塊定位

1)板塊就位后通過微調(diào)手拉葫蘆對板塊位置進(jìn)行定位。搪瓷鋼板是由優(yōu)質(zhì)鋼板與特種功能無機(jī)非金屬材料經(jīng)新型靜電干粉涂搪工藝涂搪及高溫?zé)桑箖?yōu)質(zhì)鋼板與特種功能無機(jī)涂層兩者間產(chǎn)生牢固的化學(xué)鍵結(jié)合而形成的復(fù)合材料。

2)板塊定位參照點(diǎn)設(shè)置(set up)在板塊四邊，長邊設(shè)置3個(gè)參照點(diǎn)，短邊設(shè)置2個(gè)參照點(diǎn)。

3)根據(jù)參照點(diǎn)與鋼結(jié)構(gòu)桁架相對關(guān)系確定參照點(diǎn)微調(diào)空間范圍。

4)最終以板塊外飾面拼接效果為依據(jù)確定板塊的最終定位點(diǎn)。

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(gòu)上弦桿焊接固定。

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


6 質(zhì)量控制措施

6.1 板塊拼裝質(zhì)量控制板塊拼裝質(zhì)量作為施工質(zhì)量的基礎(chǔ)及源頭應(yīng)做重點(diǎn)控制，其控制網(wǎng)站內(nèi)容主要包括加工(Processing)圖準(zhǔn)確度復(fù)核、加工過程質(zhì)量監(jiān)控及板塊驗(yàn)收等方面。

1)加工圖復(fù)核 板塊加工圖繪制的整個(gè)過程包括多個(gè)圖形處理環(huán)節(jié)，出錯(cuò)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(dǎo)施工之前需由技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行復(fù)核。

2)旁站監(jiān)督 板塊在拼裝過程中，由管理人員旁站監(jiān)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(jìn)行過程監(jiān)控。

3)板塊驗(yàn)收 板塊吊裝之前，項(xiàng)目部應(yīng)進(jìn)行自檢，并請監(jiān)理、業(yè)主單位進(jìn)行板塊驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可用于吊裝。

6.2 板塊定位質(zhì)量(Mass)控制

由于現(xiàn)場條件(tiáo jiàn)限制，板塊定位采取非完全精確定位方式，主要參照依據(jù)是鋼構(gòu)桁架及連系桿的空間位置。為保證整體安裝質(zhì)量，必須重點(diǎn)控制板塊定位精度。

1)預(yù)留調(diào)節(jié)空間

板塊固定時(shí)，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(tǒng)一調(diào)整進(jìn)場尺寸再固定，保證板塊拼接時(shí)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(shí)，從檐口開始向下逐點(diǎn)連接，確保拼接的順滑度。

6.3 成品保護(hù)

1)鋁板搬運(yùn)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烤瓷鋁板保護(hù)膜。

3)板塊拼裝完成后，四周設(shè)置防護(hù)桿，避免鋁板被撞擊損壞。


7 結(jié)語

由于建筑(Architecture)結(jié)構(gòu)的特殊性(particularity)，采取單元式大板塊安裝方法可以解決雙曲烤瓷鋁板板塊大、安裝高度高、吊裝措施難、安全風(fēng)險(xiǎn)(risk)高等難題，經(jīng)專家論證后實(shí)施，保證了施工質(zhì)量和安全，取得了良好的經(jīng)濟(jì)(Economy)和社會(huì)效益。本工程(Engineering)創(chuàng)造了同類工程造型最獨(dú)特、技術(shù)難度最復(fù)雜的先例，可為類似工程提供良好借鑒。