墻頂一體化異形曲面石材施工關(guān)鍵技術(shù)

趙文斌

上海市建筑裝飾工程集團(tuán)有限公司 上海 200072

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)水平的不斷提高，建筑裝飾裝修工程中出現(xiàn)了越來越多的異形曲面復(fù)雜造型，在提升了室內(nèi)空間藝術(shù)欣賞價(jià)值的同時(shí)，對(duì)建筑裝飾裝修施工單位的技術(shù)管控能力和施工管控水平也提出了更高的要求。

某項(xiàng)目大堂采用墻頂一體化異形曲面石材的設(shè)計(jì)，造型獨(dú)特，簡(jiǎn)約大氣，在國(guó)內(nèi)外建筑室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)中尚無先例，在建筑裝修施工中也開創(chuàng)了石材施工技術(shù)之先河，本文將在此實(shí)踐基礎(chǔ)上進(jìn)行一些總結(jié)和探討。

1 工程概況

某項(xiàng)目大堂設(shè)計(jì)為墻頂一體化石材造型（圖1），整體由下向上呈六面體發(fā)散形狀，由平板、單曲面、雙曲面這3種規(guī)格的石材組成。

圖1 墻頂一體化石材造型

墻面石材由地面至3.2 2 m 高度，頂面石材由3.22～9.22 m逐漸呈曲面發(fā)散升高。墻面采用厚30 mm石材，干掛件安裝；頂面采用厚18 mm石材＋厚20 mm鋁蜂窩復(fù)合石材，定制背栓[1]掛件安裝。石材共3 534塊，總面積約2 035 m2。

2 技術(shù)管控

2.1 基層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于本項(xiàng)目大堂墻頂一體化異形曲面石材的設(shè)計(jì)造型，其基層結(jié)構(gòu)也必然需要與其外觀造型保持一致，與普通鋼架轉(zhuǎn)換層不同，為防止鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)[2]，本項(xiàng)目需特別考量基層鋼架的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)安全性。

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)分為3種形式并相互連接為整體：墻面鋼結(jié)構(gòu)采用10#鍍鋅槽鋼作為主龍骨，采用5#鍍鋅角鋼作為副龍骨；頂面單曲面區(qū)域采用120 mm×60 mm×5 mm鍍鋅方管經(jīng)工廠熱彎成形作為主龍骨，φ50 mm×5 mm鋁合金圓管工廠拉彎作為副龍骨。

為保證鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，主龍骨之間采用50 mm×50 mm×5 mm鍍鋅方管間距2 m橫向連接作為橫撐龍骨；頂面雙曲面區(qū)域（角部區(qū)域）為保證結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定性，采用定制H型鋼主次梁轉(zhuǎn)換層作為主龍骨連接和受力單元（圖2），并且轉(zhuǎn)換層主梁直接落地與地面預(yù)埋板鉸接連接，副龍骨與單曲面區(qū)域相同且連通。

圖2 雙曲面區(qū)域H型鋼轉(zhuǎn)換層

本鋼結(jié)構(gòu)形式經(jīng)有限元受力分析軟件Midas/Gen進(jìn)行仿真模擬，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性均滿足鋼結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算規(guī)范要求。

2.2 石材安裝可調(diào)構(gòu)件設(shè)計(jì)

基層鋼結(jié)構(gòu)和石材在生產(chǎn)和安裝過程中都不可避免地存在一定誤差，而且異形曲面的造型設(shè)計(jì)使得鋼結(jié)構(gòu)安裝和石材安裝的定位難度都遠(yuǎn)高于普通石材施工，所以副龍骨和主龍骨的連接件、石材和副龍骨的連接件都必須設(shè)計(jì)為（多維）可調(diào)節(jié)構(gòu)件，才能在施工過程中及時(shí)調(diào)節(jié)誤差，保證石材曲面造型的弧度平順，達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

為滿足構(gòu)件可調(diào)節(jié)的目的，除主龍骨與副龍骨之間采用L形角碼通過腰孔進(jìn)行副龍骨的定位調(diào)整外，還設(shè)計(jì)了一種可多角度調(diào)節(jié)的組合式鋁合金抱箍連接件用于石材安裝時(shí)的誤差調(diào)整。

通過抱箍件，可以實(shí)現(xiàn)石材板塊在圓弧方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過與抱箍件連接的定制下掛角碼和定制上掛角碼上的腰孔可以實(shí)現(xiàn)石材板塊的前后調(diào)節(jié)，通過背栓掛件在定制下掛角碼和定制上掛角碼上滑槽內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)石材板塊的上下調(diào)節(jié)。

通過這種可以多角度調(diào)節(jié)的組合式鋁合金抱箍連接件，實(shí)現(xiàn)了異形曲面石材的整體造型效果，保證了石材安裝的質(zhì)量。

2.3 石材防脫落系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目3.22 m以上均為過頂石，為防止石材意外脫落，在原每塊石材采用4個(gè)背栓掛件的基礎(chǔ)上，增加了一道背栓防脫落設(shè)計(jì)：在石材中心位置間距150 mm增加2個(gè)背栓掛點(diǎn)，通過鋼絲繩繞過副龍骨把石材與基層鋼架連接在一起。這樣，在原4個(gè)背栓固定點(diǎn)意外失效的情況下，也能保證石材不會(huì)墜落傷人，提高了整個(gè)過頂石系統(tǒng)的安全性，如圖3、圖4所示。

圖3 防脫落石材

圖4 防脫落石材安裝

2.4 三維測(cè)量放樣技術(shù)

本項(xiàng)目的造型復(fù)雜，但是施工精確度最低需達(dá)到GB 50210—2018《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，所以不論是在石材加工環(huán)節(jié)還是現(xiàn)場(chǎng)鋼架和石材安裝環(huán)節(jié)，都需要采用三維測(cè)量放樣技術(shù)保證石材安裝質(zhì)量的精確度要求。

以大堂三根主軸線、電梯廳中線和墻面、頂面完成面線為基礎(chǔ)組成平面測(cè)量控制網(wǎng)，平面測(cè)量控制網(wǎng)需保證組成完全對(duì)稱的正六邊形形狀，以減小三維測(cè)量放樣的復(fù)雜性和施工管控的難度。

在平面測(cè)量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)土建標(biāo)高及安裝設(shè)備、管線等是否滿足設(shè)計(jì)的標(biāo)高要求，在現(xiàn)場(chǎng)條件滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件調(diào)整標(biāo)高后，以平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)和標(biāo)高數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行BIM建模[3-4]，BIM建模采用實(shí)際石材板塊尺寸進(jìn)行1∶1模擬，并從石材完成面對(duì)基層鋼架及連接件進(jìn)行反向建模，從而形成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況的真實(shí)模擬。

建模完成后的模型數(shù)據(jù)作為鋼架加工、石材加工、鋼架安裝、石材安裝的統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源，并作為施工質(zhì)量控制的檢查標(biāo)準(zhǔn)。在石材加工時(shí)，工廠將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)數(shù)控加工軟件以生成石材板塊和鋁板板塊分割圖，從而實(shí)現(xiàn)異形曲面石材的數(shù)控加工；鋼架加工時(shí)，其加工數(shù)據(jù)同樣由模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出，作為鋼結(jié)構(gòu)型材的加工和驗(yàn)收依據(jù)；鋼架安裝時(shí)，每段型鋼龍骨位置的三維坐標(biāo)點(diǎn)均從模型導(dǎo)出，現(xiàn)場(chǎng)引至相應(yīng)空間位置，從而實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的空間定位（圖5）。

圖5 鋼架定位數(shù)據(jù)

在石材定位板塊安裝時(shí)，同樣采用模型數(shù)據(jù)進(jìn)行石材板塊的空間定位（圖6）。

圖6 石材定位數(shù)據(jù)

3 施工管控

3.1 石材加工

本項(xiàng)目石材為鋁蜂窩＋石材復(fù)合而成，由項(xiàng)目部提供BIM模型給蜂窩鋁板工廠，鋁板廠將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入異形鋁板加工軟件解析石材加工數(shù)據(jù)并生成石材及鋁板加工圖，石材工廠根據(jù)石材加工圖數(shù)據(jù)采用五軸雕刻機(jī)對(duì)石材進(jìn)行三維數(shù)控加工，鋁板工廠同樣采用多點(diǎn)觸控設(shè)備進(jìn)行蜂窩鋁板生產(chǎn)，最后在鋁板廠將石材和蜂窩鋁板采用專用膠水進(jìn)行真空復(fù)合黏結(jié)。

根據(jù)石材安裝的順序，將石材加工分不同批次進(jìn)行安排，確保石材加工流水與石材安裝流水節(jié)拍相符。除3.22 m以下為一個(gè)批次外，3.22 m以上根據(jù)石材安裝順序分為6個(gè)批次進(jìn)行加工生產(chǎn)（圖7）。

圖7 石材加工批次

3.2 基層鋼結(jié)構(gòu)安裝

3.22 m以下的基層鋼結(jié)構(gòu)安裝為傳統(tǒng)做法，本文不作敘述，3.22 m以上鋼結(jié)構(gòu)施工分為兩部分進(jìn)行：雙曲面部分和單曲面部分。

3.2.1 雙曲面部分鋼結(jié)構(gòu)安裝

如前文所述，為保證雙曲面區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需采用H型鋼轉(zhuǎn)換層的做法。每個(gè)角部區(qū)域縱向采用3跨H型鋼作為主梁，每跨主梁分為4段拼接而成，下端落地安裝，與地面預(yù)埋板采用高強(qiáng)螺栓鉸接固定，以便調(diào)節(jié)鋼結(jié)構(gòu)自身的伸縮變形，接頭處焊接處理并采用鋼板連接板加強(qiáng)，焊縫等級(jí)為二級(jí)。

3跨主梁之間采用同規(guī)格H型鋼作為次梁進(jìn)行橫向連接，主梁與次梁采用定制鋼板通過高強(qiáng)度螺栓連接固定（主梁與定制鋼板焊接固定）。

轉(zhuǎn)換層主次梁與原建筑結(jié)構(gòu)鋼梁通過定制鍍鋅方管兩端焊接固定，使用鍍鋅翼板加強(qiáng)焊接，主次梁根據(jù)模型數(shù)據(jù)在工廠預(yù)制加工，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)采用小型卷揚(yáng)機(jī)提升就位，定位數(shù)據(jù)從模型數(shù)據(jù)中導(dǎo)出并由放線人員現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核確認(rèn)。在主次梁之下進(jìn)行主龍骨、次龍骨的安裝，其加工與安裝方法與主次梁相同。

角部區(qū)域雙曲面位置主龍骨與轉(zhuǎn)換層次梁焊接固定，單曲面區(qū)域主龍骨與結(jié)構(gòu)樓板上預(yù)埋鋼板通過定制鍍鋅方管兩端焊接固定。次龍骨為φ50 mm×5 mm鋁合金圓管，在工廠拉彎制作。次龍骨與主龍骨通過L形轉(zhuǎn)接件和抱箍件連接固定，通過轉(zhuǎn)接件腰孔可對(duì)次龍骨進(jìn)行最大30 mm的調(diào)節(jié)。

3.2.2 單曲面部分鋼結(jié)構(gòu)安裝

單曲面區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，不需要采用型鋼轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，主龍骨采用定制鍍鋅方管工廠熱彎成形，現(xiàn)場(chǎng)拼接而成，主龍骨通過定制鍍鋅方管與樓板兩端焊接固定。為保證主龍骨不發(fā)生水平位移，主龍骨之間間隔2 m采用50 mm×50 mm×5 mm方管作為橫向支撐。副龍骨與主龍骨連接方式與雙曲面部分相同。

3.2.3 石材安裝

3.22 m以下石材采用插槽式干掛，3.22 m以上采用背栓干掛，每塊蜂窩石材采用4個(gè)背栓掛點(diǎn)安裝固定。為保證每排石材橫向水平直線度，需先進(jìn)行角部區(qū)域雙曲面位置石材安裝，以此作為定位板塊，然后進(jìn)行單曲面區(qū)域石材安裝，角部定位板塊安裝時(shí)根據(jù)BIM中數(shù)據(jù)進(jìn)行定位復(fù)核并保證六個(gè)角部區(qū)域每排定位石材高度完全一致，單曲面區(qū)域每排石材安裝時(shí)拉通線，確保水平直線度不大于0.5 mm。

每塊石材安裝時(shí)，先臨時(shí)固定上下4個(gè)抱箍件并安裝定制下掛角碼和定制上掛角碼，然后將安裝好背栓掛件的石材板塊就位試裝，若存在偏差，可通過抱箍件的轉(zhuǎn)動(dòng)和定制下掛角碼或定制上掛角碼上的腰孔進(jìn)行上下和前后方向上的微調(diào)，直至待安裝石材與下方和相鄰石材板塊齊平，最后將抱箍件螺栓和角碼螺栓擰緊固定，完成石材板塊的安裝。

石材板塊固定就位后，將石材防脫落鋼絲繩繞過副龍骨擰緊固定，此道工序可有效防止背栓掛件意外失效后的墜落風(fēng)險(xiǎn)，增加了頂面石材的整體安全性。

4 結(jié)語

本文針對(duì)建筑室內(nèi)裝修施工中的異形曲面石材施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和探索，并結(jié)合相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)、石材的施工規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果，為類似項(xiàng)目的施工提供了重要參考。

三維可調(diào)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和三維測(cè)量放樣技術(shù)是保證本工程成功實(shí)施的關(guān)鍵，不同于室外石材幕墻的施工，本工程要求石材的加工和安裝應(yīng)符合室內(nèi)裝修工程更高的安全要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

通過本工程的實(shí)踐應(yīng)用，我們深刻地體會(huì)到，要滿足日益復(fù)雜、新穎的室內(nèi)裝修造型設(shè)計(jì)和品質(zhì)要求，不僅需要施工技術(shù)人員在傳統(tǒng)施工技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，還需要在施工全過程的各個(gè)工序和環(huán)節(jié)總結(jié)、研究提高石材整體品質(zhì)的工藝和方法。

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