黃帝故里銅結構屋面制作和安裝工藝研究

宋永彬

傳統建筑是我國重要的文化符號，具有巨大的歷史和美學價值。然而，隨著時間的推移和環境的影響，許多傳統建筑出現損壞，因此對傳統建筑的保護和修復尤為迫切。對于傳統建筑的修復不僅要注重外觀效果和基礎的物理性能，而且要考慮實施過程的生態性。陶勇[1]認為傳統建筑作為重要的文化符號，具有不可替代的歷史和美學價值。梅陽等[2]認為屋面是傳統建筑的重要組成部分，在傳統建筑的修復和保護過程中屋面的保護和裝飾尤為重要。尹槐[3]認為銅結構屋面因其獨特的質感、耐久性和美學價值，被廣泛應用于文化遺產的保護和修復。

1 黃帝故里銅結構屋面的意義

1.1 文化遺產保護與傳承

文化遺產的保護與傳承對于維護國家文化自信、促進社會進步和加強國際交流具有重要意義。傳統建筑文化作為文化遺產的重要組成部分，是中華民族歷史文化的瑰寶。銅結構屋面作為傳統建筑文化的代表之一，通過獨特的制作工藝和美學價值，為黃帝故里傳統建筑文化的保護與傳承做出了積極的貢獻。

1.2 增添建筑美感

在黃帝故里的修復工程中，銅結構屋面的應用意義不僅僅在于保護傳統建筑，更在于賦予建筑以新的生機和美感，為黃帝故里的建筑增添了獨特的歷史韻味和文化氣息。同時，銅結構屋面的優良質感和光澤，使建筑在陽光下閃耀著獨特的美麗光影，為黃帝故里增色不少。銅結構屋面的應用，可使傳統建筑得以與現代社會相融合，同時展現出了傳統與現代相互交融的美妙景象。

2 黃帝故里銅結構屋面的制作工藝

黃帝故里銅結構屋面的制作工藝包括深化設計和選材、下料和加工、制模、沖壓制作、焊接和打磨以及表面處理等。這些工藝是銅瓦屋面質量和美觀性的保證，有助于保護和傳承黃帝故里的傳統建筑文化。

2.1 深化設計和選材

黃帝故里歷史悠久，建筑的銅結構屋面獨具特色，令人印象深刻[4]。銅結構屋面不僅賦予了建筑獨特的外觀，而且提高了建筑的穩固性和經久性。銅的性能穩定，具有較強的耐腐蝕性，與空氣接觸后會生成氧化銅膜，氧化銅膜能夠有效防止銅的進一步氧化[5]。此特性使得黃帝故里的銅屋面長期保持卓越的性能。

銅結構屋面同樣具有優越的耐火性能。銅的熔點為1083 ℃，因此在發生火災時銅建筑不易受到損壞。同時，銅結構屋面的抗風能力較強，但黃帝故里的銅瓦能夠抵御風力，可確保建筑的穩定性和安全性。銅作為一種可持續的建筑材料，能夠100%回收和循環利用，不僅能夠減少制作過程的資源浪費，而且有助于保護環境，符合綠色建筑理念。

2.2 制作流程

銅瓦一般由油壓機沖壓而成。在加工過程中，需要根據銅板厚度調整沖壓噸位。例如，對于1.2 ～1.5 mm厚的銅板，油壓機的壓力需設置為100 t。滴水和勾頭的制作較為復雜，需要采用傳統鍛打工藝，以確保成品的精度和工藝水平。在底瓦、蓋瓦、滴水和勾頭制作完成后，使用氬弧焊將各個部件焊接成型。焊接完成后，需要對焊縫區域進行多次打磨，從粗磨到細磨，再到銼刀和砂布打磨，以確保銅瓦表面清晰和整潔。

屋面銅瓦的表面處理是一道嚴格且復雜的工序。先用拋光機去除銅瓦表面的痕跡，然后用高壓水槍去除雜質，最后使用專用溶液進行反復清洗，以去除表面的油污。其中，預氧化工藝是決定銅瓦色澤穩定性的關鍵步驟。該工藝通過特殊的藥水使銅表面形成“氧化物島”，目的是延長銅瓦的使用壽命。在此過程中需要嚴格控制溶液的參數，如溫度和濃度等，并進行多次氧化，以確保銅瓦的質量和色彩的穩定性[6]。

3 黃帝故里銅結構屋面的安裝工藝

3.1 安裝工藝流程

3.1.1 設置預埋件和測量放線

在銅結構屋面安裝前期要設置預埋件，按照預埋施工圖確定預埋件的位置和尺寸。預埋件設置完成后，開始測量放線，放出基準線、標高線和軸線等，以確定整體結構的位置。

3.1.2 安裝紫銅幕墻

安裝紫銅幕墻有6 個步驟，每個步驟需要注意的事項具體為：

1）測量放線。通過測量放線，確定龍骨的位置和標高，為幕墻安裝提供參照。

2）標識龍骨位置線和復驗。在測量放線的基礎上，標出龍骨的位置線并進行復驗，確保安裝的準確性。

3）焊接安裝龍骨。根據節點施工圖選擇合適的龍骨型號，并進行安裝和焊接。焊接完成后，要清理焊渣并進行防腐和防銹處理。

4）檢查驗收。對安裝完成的龍骨進行檢查和驗收，確保焊縫質量和連接穩固性。

5）安裝防水板。在幕墻底部安裝防水板，避免雨水滲入結構內部。

6）安裝紫銅屋面板。安裝紫銅屋面板，確保每塊板材安裝準確。

3.1.3 安裝底瓦、勾頭瓦、蓋瓦以及挑檐

底瓦、勾瓦頭、蓋瓦和挑檐的安裝均有自己的方法和注意事項，具體步驟如下：

1）安裝底瓦。安裝前要檢查屋頂結構并進行必要的加固。先安裝底瓦支承件，再鋪設底瓦，最后進行調整和校正，以保證底瓦的平整度和形狀，確保排水暢通。

2）插入勾頭瓦并焊接。將勾頭瓦插入底瓦接口下部，并進行焊接連接。焊接完成后檢查焊縫質量和連接穩定性。

3）安裝蓋瓦。先對蓋瓦進行預處理，確保其表面保護完好，然后將蓋瓦插入底瓦接口下部，并進行焊接固定，最后檢查焊縫質量和銅瓦排列是否符合要求。

4）安裝挑檐。先安裝支撐結構，再將挑檐安裝在支撐結構上并進行固定。在安裝過程中要考慮排水和防護，確保挑檐的穩固性和美觀性。

3.2 尋根門紫銅屋面的安裝施工方案

3.2.1 項目概況

尋根門為黃帝故里園區的主大門，是中國傳統牌坊建筑，其立面呈古典三段式。尋根門的平面為3 開間，有1 個主門和2 個側門，總建筑面積約722.4 m2，建筑高度為16.65 m，寬度為56.8 m，主門凈寬約20 m。尋根門紫銅屋面如圖1 所示。該建筑包括現澆混凝土框架結構、大跨度鋼結構屋架和紫銅屋面。屋頂采用685 個方形椽頭雕刻不同姓氏，寓意為“歸家尋宗，尋根溯源”[7]。項目建設內容包含基礎、框架結構、鋼結構屋架、石材堆砌、紫銅屋面、幕墻裝飾以及水電設備安裝等。

圖1 尋根門紫銅屋面（來源：作者自攝）

3.2.2 屋面瓦施工

屋面主要包括瓦面蓋瓦、瓦面底瓦、銅勾頭、銅滴水、銅屋面正脊、斜脊、封檐以及固定配件。安裝銅瓦前，要根據圖紙復核屋架安裝尺寸，檢查鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板的平整度和接縫處的防水密封效果。步驟如下：首先，根據圖紙彈線定出屋面屋脊的外邊緣線和標高，并在屋面上安裝不銹鋼支撐架，將其焊接在屋面直立鎖邊鋁合金轉接扣件系統上。其次，確定單翼屋面中心線，根據施工圖的尺寸進行分壟，并調節各壟的間距，將多余的尺寸分配在兩翼角的端部。最后，根據分壟間距安裝通長的底瓦支撐架，并且將其焊接在屋面直立鎖邊鋁合金轉接扣件系統上，支撐架尾部與脊的不銹鋼支撐架通過焊接方式連接。撐架和底瓦支撐架均采用20 mm×20 mm的304不銹鋼方管制成。

在安裝銅封檐板時，根據底瓦和蓋瓦的尺寸，將封檐板切割成弧形口。安裝銅底瓦時，可以先將底瓦瓦當固定在底瓦端部，并定出底瓦外挑出檐口的尺寸，然后根據尺寸拉出整體外挑的水平線。銅底瓦尾端要伸進屋脊內，伸入長度應控制在50 ～80 mm，防止雨水流入。安裝完成后，要核對安裝尺寸和平整度。在不銹鋼支撐架上安裝銅屋脊構件，將構件底部焊接在銅底瓦面上，并在安裝完成后檢查尺寸和平整度。打磨焊接位置并進行拋光，對打磨范圍進行修補著色處理。

安裝蓋瓦要先安裝帶銅勾頭的蓋瓦瓦當，勾頭要緊貼底瓦的滴水，通過點焊將蓋瓦固定在底瓦上，蓋瓦端部要設置折邊，在尾部要設置凹槽。然后安裝不帶勾頭的蓋瓦，端部折邊與前一塊蓋瓦的尾部凹槽卡位固定，蓋瓦可通過點焊固定在底瓦上，瓦間接縫要吻合，靠近脊的蓋瓦尾端要伸進屋脊內。

安裝屋脊蓋瓦時，首先將不銹鋼內折件通過電焊固定在支撐架上。支撐架采用20 mm×20 mm 的304 不銹鋼方管制成。其次，將紫銅收邊條一端固定在內折件上，另一端焊接在不銹鋼支撐架上。再次，自下而上安裝屋脊蓋瓦，并通過點焊將屋脊蓋瓦固定在紫銅收邊條上，轉角處的切割接縫應吻合并進行焊接。最后，打磨焊接位置的表面并進行拋光，涂刷與屋面瓦同色的結構密封膠進行防水處理，對有瑕疵部位進行修補著色處理。

3.2.3 平鎖扣紫銅板屋面施工

平鎖扣紫銅板屋面主要包括平鎖扣紫銅板、不銹鋼配套平鎖扣銅板掛件和固定配件。其中，平鎖扣紫銅板的規格為400 mm×800 mm×1 mm。在屋面安裝前，要根據圖紙復核上道工序的安裝尺寸，檢查上道工序的防水基層是否存在起砂和開裂等缺陷。檢查完畢后，由兩端往中間安裝平鎖扣紫銅板屋面。

3.2.4 椽子施工

尋根門椽子包括鋼構骨架、Z軸椽子、Y軸椽子、X軸椽子以及椽子頭。在安裝椽子前首先要進行試拼裝，提前考慮拼裝中可能出現的問題，并制訂安裝方案。然后，要根據圖紙復核上道工序的安裝尺寸，檢查不銹鋼龍骨橫向和縱向的水平高度以及標高。最后，按照Z軸—X軸—Y軸的順序有序進行安裝。

3.2.5 銅幕墻板施工

安裝銅幕墻板前，要根據圖紙復核上道工序的安裝尺寸，然后根據圖紙詳細核對銅幕墻板的產品編號和安裝位置，最后將幕墻吊裝至指定位置。幕墻板背襯鋁蜂窩和不銹鋼方管，單側和尾部設置L 形收邊內襯條，作用是控制圖紙要求預留的5 mm 或者10 mm 的對接縫。幕墻主要采用不銹鋼角碼連接，不銹鋼角碼直接預置在銅幕墻上。安裝時將銅幕墻上的角碼一端固定在基材的不銹鋼次龍骨上。豎向的檐口幕墻自下而上安裝，端部以插接方式連接，尾部固定在次龍骨上。橫向的檐口幕墻一側采用插接拼接，另一側固定在次龍骨上。銅幕墻的安裝要橫平豎直且標高準確，表面不允許出現機械損害，并按照要求進行表面處理。幕墻間的連接采用拼接的形式，拼接縫隙要根據圖紙確定，應保證縫隙寬度統一。

4 黃帝故里銅結構屋面的美學價值

4.1 傳統建筑文化的傳承與美學表現

傳統建筑以其獨特的設計風格、建筑結構和裝飾藝術，承載著豐富的歷史內涵和民族精神。在保護和修復傳統建筑的過程中，銅結構屋面作為一種傳統的建筑材料，不僅是文化遺產的重要組成部分，更是傳統建筑文化的代表之一。黃帝故里銅結構屋面的應用延續了傳統建筑的歷史傳承，更為現代人了解和認識傳統文化提供了生動的窗口。通過銅結構屋面的裝飾和應用，黃帝故里傳統建筑文化在新時代煥發出新的活力和魅力，實現了傳統與現代的有機結合。

4.2 融入自然與環境的和諧

銅結構屋面作為一種天然材料，具有良好的耐候性和環保性。隨著時間的推移，銅瓦表面會產生自然氧化層，使顏色逐漸變化，從初始的金黃色轉變為深褐色或銅綠色。這種變化賦予銅瓦獨特的自然美感，使其與周圍環境相融合，呈現出一種與自然和諧共生的狀態。在黃帝故里這種富有歷史和文化內涵的地方，銅結構屋面不僅是建筑的一部分，更與周圍環境相互交融，使傳統建筑煥發出新的生命力，展示了中華傳統建筑文化的獨特魅力和永恒美感。

5 結語

黃帝故里銅結構屋面作為傳統建筑構件，在文化遺產保護和可持續性方面具有重要地位。銅結構屋面在傳統建筑中的應用，不僅賦予了建筑顯著的特征，且具備出色的耐久性和環保性，有助于延續傳統建筑的生命力。為了實現傳統建筑文化的可持續發展，要進一步加強文化遺產的保護與傳承工作，注重技藝的傳承和培養傳統建筑的工匠精神。同時，應推動傳統建筑與現代科技的結合，利用現代技術手段保護和修復傳統建筑，使其能夠適應現代社會的需求和功能。