近年来, 各地进行了大量的民生工程建设, 如山西省科技馆、大剧院、博物馆等工程, 这些建筑较多采用仿生设计, 将建筑外形设计成各种抽象体, 通过外立面的空间转折、倾斜等手段实现多变的建筑设计要求, 这些建筑通常采用结构倾斜和型钢龙骨骨架倾斜2种方式进行施工, 两种方式各有利弊。

结构倾斜方式:对于后期幕墙施工, 便于骨架设计二次深化, 空间利用率相对低, 同时对结构施工的精度要求也较为苛刻, 通常采用常规幕墙施工工艺即可实现, 工艺较为成熟。型钢龙骨骨架倾斜方式:缩短结构施工工期, 骨架计算分析较为复杂, 需对节点受力、支撑系统进行详细设计, 对建筑内部空间影响小、施工工艺缺少相应的总结和实施经验的分析。鉴于此, 通过对晋中市博物馆、档案馆的型钢龙骨骨架倾斜方式的实施, 总结形成具有一定指导意义的标准工艺。

晋中市博物馆、档案馆工程均为大型公共建筑, 外立面造型复杂, 为多楞面斜交异形结构, 设计采用石材幕墙。

多楞面斜交异形石材幕墙的加工及施工难度远远超过传统的幕墙难度, 需提前进行节点优化, 并采用BIM技术进行模拟演示, 方可确保建筑立面设计意图, 体现功能和形式的高度统一, 这也是工程施工及技术研究的难点。

测量放线、预埋件复核→应用BIM技术进行多楞面斜交幕墙体系深化设计→后置埋件定位安装→空间转折桁架龙骨体系加工及安装→异形石材幕墙的加工及安装→层间防火带安装→幕墙防雷安装→石材打胶。

复核结构控制点、基准线, 对建筑物外形尺寸进行偏差测量, 以首层、中间层、顶层为标准控制层, 依据底层基准控制点作为一级基准控制点, 采用铅垂仪以±1mm精度从底层通过预留孔直接传递至顶层做出中心控制点。各层投点工作结束后, 进行内控线布控。以主体结构施工时的主控制线为准, 平移至接近结构边缘, 避开柱位, 使整个建筑呈封闭状态, 弹墨线。

内控线布置后, 以结构施工阶段的轴线、基准点、控制线作为一级基准点, 在底层投出外围控制线, 用测距仪测出外控线距离, 用经纬仪测出各外控线延长线的交会点作为二级控制点, 各基准点之间互相连线呈闭合状。

应用REVIT, CAD等软件建立模型 (见图1) , 对完成的建筑结构进行测量复核, 将不同立面的斜交转折点进行坐标采集, 并放入空间模型, 进行模型调整, 完成多楞面斜交幕墙断面构造的深化设计, 完善细化三维节点, 优化幕墙立面排砖设计。

由专职测量人员依据基准点做外墙内外控制线、外墙水平标高线的施测工作。将每层室内标高控制线、竖向分割控制线引测至外墙立面, 用钢线做出龙骨的垂直控制线及幕墙斜交面的转折控制线。采用ϕ1.5钢丝, 钢丝固定支架采用 └50×5制成, 与每层结构交接处均需设置钢丝固定支架, 水平钢丝每间隔20m设1个支点, 以防钢丝下挠, 角钢一端钻有ϕ1.6～ϕ1.8孔眼, 确保所有孔眼处于直线状态, 而另一端采用M8膨胀螺栓固定在相应楼板立面边缘, 钢丝穿过孔眼, 用螺栓绷紧。

安装埋件时, 控制好埋件表面水平或垂直, 要求预埋件位置准确、埋设牢固。钢板、加强件选用热镀锌钢板作为连接件, 用焊接方式与埋板固定连接。焊接采用对称焊, 以减少因焊接产生的变形。埋件表面沿垂直方向倾斜误差大时, 可采用调整厚度合适的钢板垫平后焊牢。检查焊缝质量合格后, 对钢板预埋件及其他零件切割面、钻孔及时喷防腐漆处理。预埋板采用化学螺栓施工完成后应按规范要求按批次做拉拔试验。

在模型设计可行的基础上, 进行桁架龙骨分段加工, 由于多楞面斜交异形石材幕墙空间转折角度随立面标高不同, 呈渐变形式, 桁架悬挑长度、转折角度不一, 每榀桁架龙骨均不相同, 必须对桁架龙骨提前进行结构荷载变形计算、编号控制, 实施中, 随时将加工好的龙骨进行数据采集测量, 与电子模型进行比对, 严格控制允许偏差值 (见图2) 。

倾斜角位的龙骨安装利用外立面控制钢丝网格, 进行倾斜转角位立柱安装, 采用全站仪进行转折线的端部精度控制。

桁架钢龙骨在安装之前, 对其进行直线度检查, 采用拉通线法, 若不符合要求, 经矫正后再上墙。

竖向龙骨安装完毕, 检查分格情况, 符合规范要求后进行横向龙骨安装, 次龙骨安装进行点焊后, 在施工焊接过程中要注意焊接顺序, 对焊接处进行二次防锈处理。竖向支撑桁架按间距6～9m设置温度变形的伸缩节, 缝宽≥15mm。

对不同的立面排砖进行定位信息采集、数量统计、编码, 生成加工统计表, 实现加工数量、加工精度的准确控制, 安装中严格按照三维排布模型, 进行各种规格的石材排列、安装、斜角切割拼装, 在操作现场安装时, 进行幕墙板的预拼装, 对于在倾斜角度较大的部位及转折部位, 为保证完成表面对接准确, 适当对石材四周进行内倒边加工, 实现立面不规则异形板块安装精度的准确控制。尺寸满足要求后进行正式安装, 保证空间斜交面线脚顺直、角度对接合理。

按照编号图将加工好的石材分配至各楼层, 下垫方木, 在次龙骨的预留孔位上安装石材铝合金挂件, 用不锈钢螺栓固定, 按编号安装石材板, 调整石材板之间的分格间隙, 同层石材安装完毕后, 石材挂件插入石材板固定槽内, 用环氧树脂胶密封 (见图3) 。

安装时, 先安装窗洞口及转角处石材, 安装到下一层标高时, 进行垂直误差调整, 不积累。

幕墙在每层的楼板梁与幕墙间空隙均做层间防火层, 把制作好的1.5mm厚镀锌钢板固定在梁上, 中间填塞防火岩棉, 层间防护层厚度为100mm;幕墙结构及承托板之间的缝隙填充防火密封胶。

幕墙属于第三类防雷建筑, 建筑幕墙防雷装置的引下线是利用幕墙竖向主龙骨作为引下线, 与主体结构底层的防雷系统引下线有效连接。竖向主龙骨在伸缩缝的连接处采用25mm²铜扁线上、下连接, 同时在楼层连接点与结构均压环进行可靠连接, 严格按照设计要求施工, 并测量电阻满足规范要求。

石材面板安装后, 清理板缝, 特别要将板缝周围的干挂胶打磨干净, 然后嵌入泡沫条。粘贴美纹纸, 保证缝宽一致, 贴完后进行打胶, 用手动胶枪将密封胶均匀挤入胶缝处, 再用橡胶刮刀进行刮胶, 刮刀根据大小、形状进行切割。

注胶完毕, 将保护纸撕掉, 必要时用溶剂擦拭面层污染区域, 避免沾染灰尘和划伤。

1) 使用的材料应符合设计要求及国家现行产品标准与工程技术规范的规定。

2) 幕墙在安装期间, 不切割、焊接任何组件, 避免影响幕墙的刚度、损坏外观、降低幕墙性能。

3) 所有支撑托架均可做多方向调整, 当幕墙调配校正后, 连接点均应进行牢固定位。

4) 焊接工人持证上岗, 并提供技术证明文件。焊接质量必须符合钢结构的规范要求。焊缝表面严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、弧坑、针状气孔和熔合性飞溅等缺陷。气孔、咬边必须符合施工规范且焊波均匀, 焊完后焊渣和飞溅物必须清除干净。焊接部位补刷防锈漆。

5) 不同金属材料接触时, 需考虑到伸缩变形要求, 以涂胶或密封垫分隔金属的接触面。

6) 在工程施工中避免铝材料与混凝土、砂浆、抹灰或类似的材料接触, 必须接触的在铝型材隐蔽的表面涂上1层沥青漆加以分隔。

7) 石材幕墙的材料、构配件在进场及安装过程中应做好成品保护:①大批量材料应分批进场, 重点材料出厂前, 派人去厂家验货, 提前发现问题, 及时协调解决;②对进场材料必须进行标识, 按品种、规格有序堆放;③搬运、吊装材料时不得碰撞、损坏和污染构件材料, 储存时应依照安装顺序排列放置, 在室外储存时应采取保护措施;④成品保护应有专人检查, 发现问题要追究当事人责任, 并及时召开成品、半成品保护现场会, 对施工人员进行成品保护教育;⑤加强工程调度阶段的成品保护, 避免不同工种施工而产生成品损坏;⑥出入口处、转角阳角处等必须采取保护措施, 如粘贴保护条、护角木板、盖塑料薄膜等。

1) 进入施工现场的所有人员都必须正确佩戴安全帽。从事电气焊、剔凿、磨削作业人员应戴面罩或护目镜。

2) 拆除脚手架或吊篮时, 专人操作, 定期检查安全带、钢丝绳、防坠落装置的可靠性。防止人员及物件坠落。

3) 施工机具在使用前必须进行严格检验。

4) 机械设备必须按说明书要求定期保养、维修, 由机械管理员负责组织保养、维修, 杜绝机械设备“带病”疲劳运转, 杜绝机械设备长时间、超负荷运转。

5) 所使用的机械及电动工具等要检查电器线路, 防止漏电、触电。停机时要关闭电闸。

6) 施工现场临时用电工程必须采用TN-S系统, 设置专用保护零线。配电系统采用三级配电、两级保护。

7) 配电箱、开关箱应采用铁板或优质绝缘材料制作, 能防雨、防尘, 配电箱和开关箱的金属箱体以及箱内不应带电的金属物体必须保护接零, 开关箱必须设漏电保护器。配电箱、开关箱中导线的进线口和出线口应设在箱体底面, 进、出线应加护套分路成束并做防水弯, 移动式配电箱和开关箱的进、出线必须采用橡皮绝缘电缆。

8) 焊接过程中, 防止焊火花飞溅损坏其他饰面及引起其他安全隐患, 要配备灭火器械。

9) 认真做好抗风措施, 6级风以上停止施工。

1) 合理划分流水段, 尽可能地利用工作面进行施工, 平衡单位时间内投入的劳力、机具、材料等资源。

2) 采用低噪声施工设备, 减小噪声污染。

3) 严格控制粉尘作业, 采取洒水或隔离措施减少环境污染。

4) 减少施工现场的油漆作业, 尽量采用工厂加工的办法控制现场环境。

5) 电、氧焊作业安排在指定区域进行, 并配有相应的防护设施。

6) 用完的废旧材料及时回收, 统一处理, 以免污染环境。

7) 稀料、油漆等可能污染环境的材料应保存在封闭容器中, 并存放在指定地点以免泄漏。

该技术与传统的幕墙加工模式相比, 由于采用先进的空间信息集成技术, 幕墙异形石材、桁架龙骨均采用集中加工, 现场安装快捷, 对节约龙骨钢材用量、减少饰面材料损耗具有显著的经济效益。

通过多楞面斜交幕墙节能构造进行提前优化, 在保证幕墙外观装饰设计的同时, 提升了保温节能的使用要求。面层石材均采用预制加工, 损耗低, 同时也降低了运输成本, 幕墙骨架为金属材料, 可重复利用, 对保护环境、减少污染意义重大, 具有一定的环保效益。

针对大型公共建筑外立面采用多楞面斜交幕墙的设计要求, 通过采用BIM技术进行模型优化, 保证了空间斜交面线脚顺直、空间定位准确;使多楞面斜交异形石材幕墙能够快速组织实施, 质量可靠, 社会效益显著。

通过在晋中市博物馆和档案馆工程进行多楞面斜交异形石材幕墙施工技术的研究与实施, 实现了复杂建筑的设计理念, 切实体现了功能和形式的高度统一, 对于通过任意转折和倾斜的异形建筑的实施而言, 具有广阔的实用价值和推广应用前景。