大跨度雙曲面鱗片式鋁單板安裝技術(shù)

張永軍 甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司高級工程師

陳學(xué)平 甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司工程師

王小平 甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司高級工程師

厚蘇偉 甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司工程師

一、工程概況

本項(xiàng)目位于甘肅省蘭州市西固區(qū)河口古鎮(zhèn)，是中法聯(lián)合設(shè)計(jì)的大型水幕秀場，建筑外形獨(dú)特，由兩部分貝殼式網(wǎng)架組成，整體呈半橢圓形，高30 m，跨度96 m。屋面系統(tǒng)包含雙曲面鱗片式（統(tǒng)稱魚鱗板）鋁單板裝飾層、鋁鎂錳金屬面板層、防水層、支撐層、檁條、吸音層和底板。本項(xiàng)目的直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)是一種具有防水功能的新型、先進(jìn)屋面系統(tǒng)，其最外層魚鱗板能呈現(xiàn)出項(xiàng)目的整體造型。（圖1）。

圖1 金屬屋面及安裝后效果

二、屋面的特點(diǎn)與難點(diǎn)

本工程金屬屋面板采用直立鎖邊固定方式，整個(gè)屋面沒有螺釘外露，不但美觀、整潔，而且杜絕了成千上萬個(gè)螺釘孔造成的漏水隱患。最外層魚鱗板系統(tǒng)采用在鋁鎂錳板直立鎖邊防水基層上用卡接萬向式鋁合金轉(zhuǎn)接裝置固定鋁合金圓管作為支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)使用可變角度掛鉤式活動轉(zhuǎn)接翼固定魚鱗板。魚鱗板間咬合是否緊密成為整個(gè)屋面系統(tǒng)能否抵抗風(fēng)荷載的重要因素。施工時(shí)咬合不緊密或咬合遺漏，此處則成為抗風(fēng)的薄弱環(huán)節(jié)，遇瞬時(shí)強(qiáng)風(fēng)時(shí)易掀起。而如何保證準(zhǔn)確定位、整體平整度、魚鱗板板面的線條流暢性，是本工程施工的難點(diǎn)[1]。同時(shí)，本工程金屬屋面施工高度在20 ～33 m，屬于高空作業(yè)，因此做好相關(guān)安全保護(hù)措施確保工人施工安全成為本工程的一大重點(diǎn)。

三、施工技術(shù)難點(diǎn)與解決措施

1、深化設(shè)計(jì)保證

本工程金屬屋面深化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于金屬屋面構(gòu)造與選型、構(gòu)造層數(shù)是否合理，材料選用及技術(shù)指標(biāo)能否滿足工程需要；同時(shí)，針對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)及施工過程中需采取合理的防風(fēng)、防雨、隔熱、吸聲措施。因此，金屬屋面系統(tǒng)關(guān)鍵部位深化設(shè)計(jì)工作量大，深化設(shè)計(jì)要求高，是工程設(shè)計(jì)及施工的最大難點(diǎn)。針對本工程屋面的結(jié)構(gòu)形式，運(yùn)用犀牛軟件，配合Grasshopper 參數(shù)化建模插件，對整個(gè)建筑的外觀造型進(jìn)行建模，并定位屋面上各點(diǎn)坐標(biāo)，對不滿足屋面功能要求及建筑審美要求的局部通過調(diào)整檁條和支架高度，使建筑造型更趨于優(yōu)美。

2、測量定位

本工程屋面外形屬于異形空間曲面，屋面整體造型的控制是本工程的關(guān)鍵，如何精準(zhǔn)測量定位是整個(gè)金屬屋面工程能高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。測量主要內(nèi)容包括土建及鋼結(jié)構(gòu)施工控制網(wǎng)復(fù)核，金屬屋面施工控制網(wǎng)的建立及豎向傳遞，屋面系統(tǒng)標(biāo)高控制等。金屬屋面系統(tǒng)為整個(gè)工程的重點(diǎn)分部工程，由整個(gè)工程的一體性和施工工序緊密銜接所決定，屋面施工測量必須建立在鋼結(jié)構(gòu)施工測量的基礎(chǔ)上，通過雙方起算數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、控制網(wǎng)和軸線方向測站點(diǎn)的相互檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)共享，以保證后續(xù)工程施工順暢進(jìn)行。

施工過程中采用全站儀放點(diǎn)，結(jié)合經(jīng)緯儀放線的方法在底板鋪設(shè)前在結(jié)構(gòu)主檁條上測設(shè)底板鋪設(shè)邊線來控制工程鋼結(jié)構(gòu)空間尺寸；屋面板支托在利用犀牛軟件對屋面排板進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上結(jié)合CAD 等繪圖軟件計(jì)算位置坐標(biāo)，采用全站儀現(xiàn)場放樣模式進(jìn)行制作安裝定位[2]。

3、底板安裝

底板安裝前應(yīng)先在檁條上彈出底板安裝邊線，然后進(jìn)行底板安裝，底板安裝邊線以縱向或橫向軸線為基準(zhǔn)，沿縱向或橫向軸線量出底板邊線上的兩點(diǎn)，兩點(diǎn)連線即為底板安裝邊線。每隔10 塊板測放一條底板安裝復(fù)核線，安裝時(shí)通過底板安裝復(fù)核線及時(shí)調(diào)整底板誤差，底板誤差每10 塊板不超過10 mm 時(shí)，可在下一步安裝過程中通過10 張板進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果誤差超過10 mm，已安裝的底板必須返工，重新安裝。底板安裝完成后，應(yīng)將屋面的縱橫軸線彈在底板上，以便作為后序工序安裝時(shí)的控制線。

4、支托安裝

鋁合金支托的施工是屋面板施工的關(guān)鍵程序，因其直接關(guān)系到屋面板能否順利安裝、屋面板的抗風(fēng)能力是否合乎標(biāo)準(zhǔn)、整體屋面的外觀及弧度能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。施工前采用經(jīng)緯儀，將軸線引測到檁條上表面，作為鋁合金支座安裝的縱向控制線。之后，根據(jù)全站儀投放關(guān)鍵部位支托的三維坐標(biāo)，用于控制整體弧度及曲線度，尤其是第一排鋁合金支托安裝將直接影響后續(xù)支座的安裝精度，因此安裝第一排支座位置時(shí)要多次復(fù)核定位。

5、面板安裝

固定支座是屋面面板的支撐件，是屋面荷載傳遞到檁條的受力構(gòu)件。其安裝質(zhì)量直接影響屋面板的抗風(fēng)性能，面板固定座安裝誤差還會影響鋁合金屋面板的縱向自由伸縮及屋面板的外觀，在施工過程中要嚴(yán)格控制支座的水平位置偏差、傾斜角度、及平面角度，確保屋面的整體造型。（圖2）

圖2 固定座與面板安裝形式

面板安裝前，先用經(jīng)緯儀測放出一條面板安裝控制線上的定位點(diǎn)，點(diǎn)位間距以相互能通視為宜，然后將經(jīng)緯儀架設(shè)在已知控制點(diǎn)上，彈出面板支架控制線，控制線測量完后再測放2 條復(fù)核線。直板區(qū)面板支架施工時(shí)，為了減少測量工作量，以控制線為基準(zhǔn)，用特殊標(biāo)尺確定每一排面板支架位置，支架安裝到復(fù)核線時(shí)檢查支架位置偏差，如果不超規(guī)范要求，以后安裝時(shí)需要調(diào)整誤差。

6、屋面裝飾系統(tǒng)（魚鱗板）安裝

（1）魚鱗板信息化加工技術(shù)

魚鱗板的加工與安裝是本工程金屬屋面建設(shè)成敗的關(guān)鍵影響因素，利用BIM 軟件對設(shè)計(jì)階段建立的BIM 模型中的每塊材料位置進(jìn)行編號，編碼信息貫穿材料的設(shè)計(jì)、加工、運(yùn)輸、安裝等各個(gè)階段。在加工過程中，利用BIM 模型提供材料加工尺寸、專業(yè)工廠定制加工的方式進(jìn)行材料加工，解決材料在整個(gè)過程中易混淆的問題。

（2）無穿刺安裝技術(shù)

在魚鱗板無穿刺固定安裝技術(shù)中，使用專用固定件卡接萬向式鋁合金轉(zhuǎn)接裝置的鎖夾部位夾在鋁鎂錳板肋上，卡接萬向式鋁合金轉(zhuǎn)接裝置的鋁合金龍骨底座支托與鎖夾通過不銹鋼螺栓進(jìn)行連接（圖3），利用靜摩擦力原理成功實(shí)現(xiàn)了無穿透固定，從而可以減少金屬面板的漏水隱患。

圖3 無穿刺安裝

（3）彈性結(jié)構(gòu)技術(shù)

魚鱗板系統(tǒng)所有主要構(gòu)件均可滑動，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)具備彈性結(jié)構(gòu)性能，解決了大體量金屬幕墻因溫度變化、震動、風(fēng)壓等原因?qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)位移變形。

（4）單板塊易拆卸技術(shù)

魚鱗板采用了單板掛接的方式，拆卸時(shí)可將鋁板固定螺栓取出，鋁板上推，使掛鉤脫離骨架型材即可拆卸，方便維修、更換。

四、結(jié)語

大跨度雙曲面鱗片式鋁單板安裝質(zhì)量直接關(guān)系到工程最終的呈現(xiàn)效果，筆者通過采用一系列技術(shù)手段解決了質(zhì)量與安全方面的難題，實(shí)踐證明本項(xiàng)目采用的施工技術(shù)可以在相關(guān)領(lǐng)域展開推廣，為類似工程提供一定的施工經(jīng)驗(yàn)。