云南建筑/本期特稿/YUNNAN ARCHITECTURE/SPECIAL ARTICLES 2024.2
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随着建筑业的不断发展进步，人们对建筑外形美观的需求也不断提升，建筑外形向独特、双曲面、不规则形体等方向设计，然而这些独特的造型设计给施工带来了很大的难度，对于大面积双曲面弧形面幕墙，铝单板板缝之间的偏差较大，施工难度精度难以控制，结合云南省科技馆新馆幕墙工程为背景，介绍了双曲面鱼鳞式错缝铝板幕墙系统的施工工艺、施工要点，并对三维立体建模、测量定位、钢支撑、防水系统、错缝铝板等施工难点和施工技术进行了论述。
双曲面 测量定位 鱼鳞式 防水系统
1 工程概况
云南省科技馆新馆是云南省标志性文化设施建设项目，也是云南“十一五”十大标志性文化设施之一，项目位于昆明市呈贡新区吴家营片区，建筑高度为49.6m ，地上四层，地下一层，总建筑面积59895m2 ，主体结构为全现浇钢筋混凝土框架核心筒结构体系。![]()
屋面为双曲面错缝铝板幕墙，为确保良好的建筑效果，屋顶部分采用开缝形式，其余立面采用十字错缝形式，呈鱼鳞状。洁白的壳体外围护结构为具有保温节能、防水可靠的双层金属板构造，内层为直立锁边防水金属板，外层为白色装饰金属铝板面层，屋面保温层外覆防水透气膜，内设隔汽膜。幕墙支撑为钢结构支撑体系，幕墙面积65000m2 ，是目前国内最大的自由双曲面“鱼鳞式”幕墙工程。图1 整体效果图
2 工程特点及难点分析
1）本项目结构新颖，幕墙大部分呈曲面或仰斜式，测量定位需控制点位相对比较多，构件的截面尺寸多，标高复杂，空间曲线构件加工困难，铝板的精准下料需重点控制。檩条安装困难，精度要求高，幕墙板面大小不一。2）屋面防水施工是施工的重点和难点，是整个项目成功与否的关键，由于幕墙支座点位多，防水细部节点也就增多，施工难度加大；防水系统为柔性防水，不能接触尖锐或是硬的物体，且该防水卷材为易燃材料，施工完防水层钢龙骨要断火，给成品保护及消防措施带来一定难度；TPO防水卷材在弧形钢结构桁架上施工，为悬空作业，给防水施工带来一定难度；3） 支座焊接于防水檩条上，由于结构呈弧形，支座点位也成弧形排布，且点位多数量大，檩条安装困难，精度要求高。4）材料的水平、垂直运输，在钢桁架屋面不能平稳安全运输转运至施工位置。5）次龙骨与主龙骨之间采取钢抱箍链接，钢龙骨都需要拉弯弧度，另面板多且没有相同尺寸。钢龙骨完成后，铝型材抱箍调节量有限，对钢龙骨施工精度要求高，钢龙骨的造型直接影响后期面板完成后的效果。图2 错缝鱼鳞状铝板
3 施工关键技术
3.1 总体施工顺序
整个幕墙工程分为十个施工区域，如图3所示。
图3 施工区域划分
第一步：对一区、二区、三区、十区铝板主龙骨支座及采光顶钢龙骨由上到下、由南向北进行安装；对三区幕墙钢龙骨、格栅钢龙骨、北五区吊顶铝板、收边铝板主次龙骨及轻钢龙骨进行安装；第二步；对一区、二区、三区、十区铝板主龙骨由上到下、由南向北进行安装；安装南五区吊顶铝板、收边铝板主次龙骨及轻钢龙骨；对南六区玻璃幕墙主次钢龙骨进行安装；第三步：对一区、二区、三区、十区进行防水保温层安装（含天沟及虹吸系统），可见钢龙骨部位进行氟碳喷涂；第四步：六区幕墙玻璃（含电动开启）安装，对一区、二区、三区、十区安装铝板，五区吊顶铝板、收边铝板、保温安装；三区玻璃幕墙玻璃及格栅安装。第五步：对四区玻璃幕墙龙骨支座及玻璃幕墙的安装；由上到下、由西向东对七、八、九区铝板主龙骨支座和主龙骨、采光顶钢龙骨进行安装；对九区玻璃幕墙钢龙骨、格栅钢龙骨进行安装；第六步：对七、八、九区进行防水保温安装；对可见钢龙骨部位进行氟碳材料；第七步：七、八、九区铝板安装，九区幕墙玻璃及格栅安装3.2 操作工艺流程
钢管桁架主体结构完成→三维立体建模及深化设计→测量定位→龙骨安装→压型钢板→隔气膜→保温层施工→TPO防水卷材→铝板安装3.3 三维立体建模
幕墙采用线框建模，主体钢结构为空间结构，为保证建筑外观效果，在幕墙深化设计时，运用sap2000结构计算软件、STAAD钢结构软件、大型空间模型仿真设计、Auto Lisp编程（实现数据自动化生成、加工图及组框图半自动生成）等先进的软件和方法进行幕墙的深化设计工作，保证设计质量。通过运用二维编码与板块识别技术，对每块板块进行编码，防止安装错误造成误差。并通过BIM模型的建立，利用软件自动识别电子版设计文档，快速识别出龙骨、鳞片式铝单板、各种固定件的体量，通过软件系统提供的可视化修改查询工具，对模型的所有细节信息进行控制。BIM模型的精确建模后，在施工过程中利用软件对幕墙龙骨杆件等进行自动编号、数据批量提取、自动生成加工图。图4 幕墙工程BIM 模型
3.4 测量定位
首先对主体进行测量，获得幕墙龙骨支座的实际坐标数据，消除主体误差造成的不利影响。钢支座定位通过测量控制网，用全站仪投放出支座底部的就位轴线，并做好墨线标识，用两台经纬仪对其进行垂直度校正。测量定位前视均采用反射片，后视均采用带基座的单棱镜强制对中，以保证测量精度。每隔一根主檩条和一个支座，布设一个测量定位点，满足精度要求的同时适当减少测量数量，施工过程中，根据现场反馈情况，进一步调整测量密度。图5 幕墙板块自动编号及幕墙板块数据提取
设置垂直、水平方向的控制线并做好标识。此过程中必须确保标高、轴线的唯一性，经过反复检验、核实，确保准确无误，并做好标识。图6 测量点布置
3.5 龙骨及檩条安装
1）幕墙支撑体系采用镀锌管，钢结构幕墙支撑体系示意图如图7。图7 钢结构幕墙支撑体系示意图
2） 钢龙骨根据加工图在工厂进行拉弯加工，运用TEKLA、CAD等软件编写程序自动出图，实现图纸出图的自动化减少人工出图因数据繁多而出现的错误，面板下单运用犀牛软件，编写了专门针对这个项目的程序，实现提取数据自动化保证下单的准确性.图8 软件的运用
3）因该项目为双曲面不规则体，龙骨安装阶段使用全站仪通过设计出的龙骨定位图的三维定位点来控制整个龙骨的施工过程，并及时复测，对于施工精度达不到要求的龙骨，及时进行处理。图9 龙骨测量
4） 支座定位安装：A点根据实际情况可为伸缩套管的中心点，也可为伸缩套管的凹槽位置最边线点，B点为支座中心点、C点为支座外边线点。先在主体钢桁架结构上用全站仪棱镜找到B点，相应C点用棱镜或以支座半径直接用卷尺找点，定位好C点后对支座进行焊接。5） 檩条的拉弯根据拉弯加工图进行拉弯处理，精度控制在30mm 以内，安装前进行自检。根据加工图分段测量其拱高，并分段测量其弦长，与加工图进行对比，该弦长的测量对钢结构主体也起到一个复测的作用，若有偏差及时调整伸缩套管长度；6）支座安装完成后对伸缩套管进行点焊，然后对应编号对已自检完成的拉弯加工件主檩条进行安装，主檩条上已标记出控制点，利用汽车吊将其吊运至已经定位好的支座上方500mm左右，调整好安装方向后用电动葫芦来控制檩条的高度，边调整边测量，直至调整在可控误差范围内（次檩条安装时再进行下一步调节）。然后点焊檩条，边焊边测量。7）杆件由空间曲线拟合成平面曲线，降低加工难度，提高加工精度。改进檩条连接做法，采用合理的安装工艺，保证安装精度的同时提高效率。提供每个五金爪件的转接件定位坐标，制作相应的转接件焊接定位套模，保证相对位置的精准。8）原檩条做法为采用相贯焊平接，因弧形精度不易控制，较难顺利安装。经改进做法为立柱采用芯套调节高度，主次檩采用叠接，杆件自身误差不会导致相关构件安装困难。一端插入第一根的芯套，一端置于柱顶，依次安装。芯套留2cm 调整空间，定位后焊接。主檩安装完成后安装第一根次檩（定位次檩），控制伸出主檩的长度保证平面定位，测量跨中坐标保证角度定位。9）向两侧依次安装其余次檩，每20m~30m设一道定位檩条控制次檩跨中距离。3.6 防水系统施工
由于屋面造型呈不规则曲面，对作用在压型钢板上的岩棉保温板、TPO防水卷材的铺设施工有较高的要求，材料损耗较大。屋面固定支撑龙骨的出屋面短柱较多，TPO卷材对出屋面短柱进行柔性包覆，以及收口密封处理，以达到整体的防水效果。TPO防水卷材采用机械固定方式，保温紧固件采用套管+螺钉的组合方式，有效防止踩踏和冷桥问题；卷材长边搭接宽度为120mm，卷材短边搭接80mm ，安装时注意固定件顺直，螺钉距离卷材边缘的距离为30mm。图10 TPO 卷材对屋面短柱的柔性处理
考虑水流方向的铺设与搭接，以屋面天沟为界，天沟内侧的屋面顶部，卷材铺设平行于天沟方向，长边顺水搭接；天沟外侧坡度较大区域，坡度超过25%卷材铺设方向平行于屋面坡度方向，短边顺水搭接。昆明中心城区周边平均风速介于0.7m/s~ 1.3m/s ，夜间减弱至0.3m/s左右。参照风向频率玫瑰图，昆明市属于主导风向区中的全年多西南风区，常年盛行西南风。故TPO卷材在按照顺水搭接的基层上，考虑主导风向影响因素，屋顶平行天沟铺设，部分卷材短边方向顺风搭接；立面部分卷材垂直地面方向铺设，长边方向顺风搭接。TPO卷材搭接顺序见图11。图11 TPO 卷材搭接顺序
3.7 铝板安装
龙骨施工完成并检测合格后方可安装铝板，屋面的铝板总共约25000块，铝板因每一块尺寸都不一样，所以每块铝板的编号都是唯一的，安装时必须按照编号和坐标对应安装，不可替换。面板及固定面板的抱箍根据定位图进行精确定位后安装抱箍，并复测铝板完成面的四个角的坐标，从而保证完成面的效果，由于需产生层叠错缝效果，转接件安装或长短不一，须认真核实深化排版图，确定安装转接件的部位做上标记，在主龙骨上根据不同需要焊接不同长度的连接件，用于支撑不同角度的铝单板，以达到鱼鳞状层叠效果。铝合金圆钢管与主龙骨通过铝合金连接件连接，同时也作为次龙骨，固定铝单板的铝合金骨架不与主龙骨直接连接，而是连接在圆管上，便于上下层叠铝单板之间角度的调节，角度调节无误后再固定。铝单板较薄，仅3mm厚，易变形翘曲，每块铝单板都固定在由铝合金柱和铝合金梁组成的骨架结构上，每组骨架结构通过铝合金圆管、铝合金连接件相连接，转接件为16mm 厚钢转接件，与预埋主龙骨（钢方管）焊接。图12 长边搭接与短边搭接的区别
将铝单板初步进行固定，铝单板安装时候检查相邻角点无翘曲，安装前检查各块铝单板交接处平整度，各处尺寸均达到设计要求，调校后通过连接角码连接。图13 立面错缝铝板节点
4 质量控制
正式施工前，验收主体钢桁架的平整度、垂直度，进行定位复测，防止遗漏、偏位，偏差较大的及时进行修正。骨架安装过程中，每个立面上下带骨架完成面通线，边安装边调平。骨架校平后，拧紧所有螺帽。图14 鱼鳞状铝板十字交接处效果图
铝单板的开孔应在油漆喷涂前全部完成，现场安装时，不得进行开孔、切割、折弯、压形等任何机械加工操作。转接件长度及焊接位置须严格控制，保证误差在板块调节范围内。板块在安装前，对每块板块进行拆包装验收。出厂不合格品坚决退换；板块表面因运输、安装过程中引起的轻微油漆划痕、变形及时修补更换。图15 建成实景图
铝合金圆管与Y形挂件连接时，严格控制锯齿形连接面的角度，并紧固螺栓，防止受力滑动，齿面顿挫或损坏的禁止使用。5 结语
双曲面错缝铝板幕墙造型凸显立体感与线条美，层次分明，新颖别致，减少了铝板表面的胶污染。在工程施工中，通过研究铝板层叠施工方法，创新使用独特的可调角度节点进行板块安装，避免了铝单板竖向的板缝偏差，规避了由于弧形幕墙施工面积大，铝板安装偏差难以控制的状况。也适用于弧形墙面铝板幕墙工程，可在各类公共建筑、大空间结构建筑、高层建筑、原建筑外装饰工程改造等中广泛使用。云南省科技馆新馆项目自由双曲面错缝铝板幕墙工程结合现场施工条件施工完成后，立面效果达到了设计要求，较好地体现出了建筑设计师设计的建筑特点建筑功能，经过实际工程验证，是目前国内可行的双曲面幕墙做法，通过周密组织，工程质量优良，施工过程安全可靠，同时也积累了宝贵的施工经验，为今后在类似大型公共标志性建筑的施工打下了良好的基础。
[1] 吕敬环.TPO 防水卷材在云南科技馆新馆幕墙工程中的应用[J].中国建筑防水，2021.
[2] 向凯.TPO 卷材专用胶的应用技术研究[J].中国建筑防水，2012.
[3] 杨永起.建筑防水工程新技术[J].中国建材工业出版社，2019.
【作者信息】
李 瑜，云南工程建设总承包股份有限公司，高级工程师
谭翠芝，云南轻纺职业学院，讲师
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