陶土板新型魚刺龍骨技術(shù)及應(yīng)用

許斌

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司北京中鐵裝飾工程有限公司，北京 100040）

0 引言

陶土板作為一種新型材料，越來越多地出現(xiàn)在各類建筑當(dāng)中，其由天然陶土經(jīng)過高壓擠出成型，再由高溫?zé)贫?。陶土板具?00%可回收利用的環(huán)保特性，3%～5%的吸水率保證了其良好的抗凍融性，板面空隙結(jié)構(gòu)大大降低自身重量，30 mm厚的陶土板自質(zhì)量僅為35～45 kg/m2，同時(shí)其顏色比較豐富，色差較為穩(wěn)定，是一種施工便捷、應(yīng)用前景廣闊的幕墻材料［1-2］。

北京朝陽站站房幕墻工程大量采用陶土板為裝飾面板，陶土板幕墻由許多板塊組成，自身是相對(duì)獨(dú)立的，整體設(shè)計(jì)風(fēng)格源于北京灰磚灰墻，陶土板顏色分為深灰、中灰、淺灰3種顏色錯(cuò)縫排布。為了最大地實(shí)現(xiàn)幕墻設(shè)計(jì)需要，無論是水平安裝、橫向安裝、豎向安裝，務(wù)必要保持幕墻立面整體連貫，使得陶土板風(fēng)格一氣呵成。

基于陶土板幕墻在北京朝陽站的成功應(yīng)用，對(duì)其采用的陶土板新型魚刺龍骨體系的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)其施工應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，為相關(guān)工程提供借鑒。

1 工程概況

北京朝陽站位于北京市朝陽區(qū)，站房主體建筑軸線間南北寬518.3 m，東西寬240.0 m，站房建筑高度45.1 m，站房建筑面積18.3萬m2，屋架采用鋼管混凝土柱+空間鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，幕墻總面積約為53 000 m2，陶土板幕墻標(biāo)高為10 m，陶土板面積約為9 800 m2。

陶土板幕墻使用30 mm 厚陶土板，模數(shù)分別為1 000×250、1 000×90、1 000×160，主 立 柱 龍 骨 為80 mm×60 mm×4 mm 鍍鋅方鋼管，陶土板通過定制掛件，分別在陶土板的上下4個(gè)點(diǎn)固定在橫龍骨上（L50×5熱鍍鋅角鋼），陶土板顏色分別為深灰色、中灰色、淺灰色3種，整體錯(cuò)縫布置。為表達(dá)出老北京城墻的設(shè)計(jì)理念，陶土板幕墻龍骨錯(cuò)綜復(fù)雜，施工難度極大。陶土板幕墻完成效果見圖1。

圖1 陶土板幕墻完成效果

2 陶土板龍骨體系設(shè)計(jì)要點(diǎn)

陶土板幕墻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期經(jīng)過討論研究，總結(jié)設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)，用以指導(dǎo)陶土板龍骨體系的設(shè)計(jì)。

2.1 龍骨體系分析

陶土板幕墻原圖紙按照傳統(tǒng)安裝方法（見圖2），先安裝主龍骨，再安裝橫龍骨，由于設(shè)計(jì)要求需分格錯(cuò)縫，導(dǎo)致整個(gè)體系鋼材用量極大，對(duì)安裝要求提出了更高的要求。由于北京朝陽站工期緊、任務(wù)重、施工作業(yè)面移交晚，極大影響龍骨的上墻時(shí)間和施工效率，增加了現(xiàn)場安裝的難度。

圖2 傳統(tǒng)龍骨體系安裝方法

原設(shè)計(jì)方案陶土板龍骨體系為構(gòu)件式框架體系，立柱使用矩形鋼管，橫梁使用L50×4角鋼，陶土板荷載通過掛件傳導(dǎo)至橫梁，再由橫梁傳導(dǎo)至立柱。此系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，龍骨密度較大，滿足了大跨度和承受水平力的要求。但是此系統(tǒng)缺點(diǎn)也很明顯，陶土板分格極為零碎，橫龍骨用量極大，上墻安裝后的水平及焊接質(zhì)量很難控制。

根據(jù)陶土板排板設(shè)計(jì)的特殊性，針對(duì)龍骨體系進(jìn)行深入研究，對(duì)龍骨大小及安裝方式適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整。將所有橫龍骨采用斷開不通長的形式，橫龍骨長度260 mm。對(duì)具體斷開和安裝方式進(jìn)行了多方面的計(jì)算和研究。

對(duì)橫梁的各種強(qiáng)度進(jìn)行校核，校核依據(jù)：Umax≤L/300，且滿足重力作用下Ugmax≤L/500，Ugmax≤3 mm。橫梁在各種荷載組合作用下的強(qiáng)度校核見表1［3］。通過結(jié)構(gòu)計(jì)算可知斷開橫梁龍骨形式滿足應(yīng)力、抗剪強(qiáng)度、橫梁撓度要求。斷開橫梁龍骨形式體系見圖3。

表1 橫梁在各種荷載組合作用下的強(qiáng)度校核

圖3 斷開橫梁龍骨形式體系

2.2 斷開橫梁龍骨形式體系的經(jīng)濟(jì)性

斷開橫梁龍骨形式體系，因其橫梁分段節(jié)省了角鋼的長度，具有明顯優(yōu)勢，可以最大限度節(jié)約鋼材用量，同時(shí)具有一定的標(biāo)準(zhǔn)化單元特征。主龍骨與次龍骨在加工區(qū)組成預(yù)組裝，可提高施工效率，保證焊接質(zhì)量，提高加工精度。在現(xiàn)場沒有工作場地的前提下，提前預(yù)制加工，可節(jié)省作業(yè)時(shí)間，更便于現(xiàn)場施工。

3 魚刺龍骨加工系統(tǒng)

3.1 加工方案

面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜、排列順序各異的陶土板，龍骨加工和安裝成為了施工的關(guān)鍵。因此，工程實(shí)施中放棄了以往單根龍骨加工、上墻安裝的固有模式，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，影響施工作業(yè)面。因此，提出魚刺龍骨加工方案，根據(jù)繪制放線圖紙的幫助，繪制不同編號(hào)的龍骨加工圖，所有龍骨在加工區(qū)加工成單元板塊，并且進(jìn)行逐一編號(hào)，確保了龍骨安裝的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了幕墻龍骨預(yù)拼裝［4］。

3.2 加工質(zhì)量控制

龍骨加工采用焊接的形式，考慮橫龍骨多、焊接量大、焊接變形大、操作誤差等各種因素，最終確定魚刺龍骨的鋼龍骨體系尺寸［5］。根據(jù)魚刺龍骨體系深化設(shè)計(jì)定尺預(yù)拼裝加工平臺(tái)，確定豎向主龍骨和橫向次龍骨位置。魚刺龍骨加工平臺(tái)見圖4。

圖4 魚刺龍骨加工平臺(tái)示意圖

為保證焊接變形較小，焊接前將主龍骨放置在加工平臺(tái)上，用鋼方管焊接成的限位卡件固定每個(gè)橫龍骨所在的位置，然后進(jìn)行焊接作業(yè)。焊接時(shí)，先由2名焊工從兩端向中間同時(shí)點(diǎn)焊，點(diǎn)焊完成后再統(tǒng)一滿焊；過程中如出現(xiàn)略微的焊接變形，通過千斤頂拉線進(jìn)行調(diào)平。每套加工平臺(tái)在完成30 套魚刺龍骨加工后，由質(zhì)檢員對(duì)加工尺寸進(jìn)行復(fù)核，檢查變形程度是否在誤差允許范圍內(nèi)，根據(jù)工程實(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)，所有魚刺龍骨加工完成后，誤差均能滿足要求［6］。

為了保證魚刺龍骨的防腐性能，鋼龍骨體系焊接完成后，統(tǒng)一清理焊口焊渣后經(jīng)質(zhì)量工程師驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，在材料碼放區(qū)統(tǒng)一涂刷2遍不同顏色的防銹漆，此做法方便質(zhì)量監(jiān)督驗(yàn)收，加工區(qū)焊接提高加工效率及質(zhì)量?？商崆罢归_工人施工，為后續(xù)施工生產(chǎn)提供先決條件。

4 魚刺龍骨整體吊裝

魚刺龍骨根據(jù)不同位置，所采用的龍骨規(guī)格大小不同，大規(guī)格魚刺龍骨采用吊車進(jìn)行輔助吊裝，小規(guī)格魚刺龍骨采用單獨(dú)的卷揚(yáng)機(jī)整體吊裝，施工人員在腳手架上人工就位并對(duì)單元式魚刺龍骨進(jìn)行與預(yù)埋件的焊接連接（見圖5）。

圖5 魚刺龍骨吊裝示意圖

在魚刺龍骨上設(shè)置標(biāo)高控制點(diǎn)，魚刺龍骨吊裝時(shí)，邊角部位距兩側(cè)控制線的距離一致、水平標(biāo)高線與魚刺龍骨上的標(biāo)高控制點(diǎn)重合時(shí)，魚刺龍骨位置符合要求，即可將轉(zhuǎn)接件與主龍骨之間進(jìn)行焊接連接。魚刺龍骨安裝上墻見圖6。

圖6 魚刺龍骨安裝上墻

5 陶土板掛件安裝

陶土板掛件是在廠家原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，鋁合金掛件的定位、安裝是可更換陶土板幕墻安裝中至關(guān)重要的一環(huán)，位置準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到陶土板幕墻的外觀效果。通過帶齒的20 mm×20 mm×3 mm方鋁板和帶齒鋁合金陶土板掛件（見圖7）嚙合用螺栓連接在魚刺龍骨角鋼上，可以保證陶土板水平板塊方向的調(diào)整。

先將鋁掛件用螺栓連接在魚刺橫龍骨熱鍍鋅角鋼上，陶土板就位后，然后將陶土板從下往上依次安裝，由于站房龍骨干掛高度較高且復(fù)雜，可以分區(qū)段同時(shí)進(jìn)行。利用水平尺來檢驗(yàn)陶土板的平整度，利用鋁掛件上的螺栓來調(diào)節(jié)陶土板位置，確認(rèn)無誤后，擰緊螺栓即可。調(diào)整后掛件的優(yōu)點(diǎn)，上下可調(diào)節(jié)5 mm 偏差，進(jìn)出可調(diào)節(jié)7 mm偏差［7］。加大了調(diào)節(jié)量，可確保陶土板安裝的平整度。掛件底口與陶土板上口有更換空間，陶土板更換更方便。

圖7 陶土板鋁合金掛件及分解

6 結(jié)束語

魚刺龍骨在北京朝陽站的施工過程中起了關(guān)鍵作用，不僅在有限的工期節(jié)點(diǎn)內(nèi)完成了施工任務(wù)，并在多次檢查中，陶土板幕墻的效果和魚刺龍骨的工藝得到高度認(rèn)可。北京朝陽站站房陶土板的應(yīng)用顯現(xiàn)了北京傳統(tǒng)歷史氣息，是古代建材在現(xiàn)代的發(fā)展和延續(xù)。采用魚刺龍骨不僅提高了施工效率，還保證了施工質(zhì)量。單元式龍骨工廠化預(yù)加工，使復(fù)雜的工序簡單化，不僅解決了施工難度大的問題，同時(shí)還降低了施工成本，豐富了幕墻龍骨設(shè)計(jì)施工方面的技術(shù)儲(chǔ)備［8］。