墻頂一體化異形曲面石材施工關鍵技術

趙文斌

上海市建筑裝飾工程集團有限公司 上海 200072

隨著我國經濟、科學水平的不斷提高，建筑裝飾裝修工程中出現(xiàn)了越來越多的異形曲面復雜造型，在提升了室內空間藝術欣賞價值的同時，對建筑裝飾裝修施工單位的技術管控能力和施工管控水平也提出了更高的要求。

某項目大堂采用墻頂一體化異形曲面石材的設計，造型獨特，簡約大氣，在國內外建筑室內裝修設計中尚無先例，在建筑裝修施工中也開創(chuàng)了石材施工技術之先河，本文將在此實踐基礎上進行一些總結和探討。

1 工程概況

某項目大堂設計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 技術管控

2.1 基層鋼結構設計

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

本項目鋼結構分為3種形式并相互連接為整體：墻面鋼結構采用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。

為保證鋼結構整體穩(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）為保證結構受力穩(wěn)定性，采用定制H型鋼主次梁轉換層作為主龍骨連接和受力單元（圖2），并且轉換層主梁直接落地與地面預埋板鉸接連接，副龍骨與單曲面區(qū)域相同且連通。

圖2 雙曲面區(qū)域H型鋼轉換層

本鋼結構形式經有限元受力分析軟件Midas/Gen進行仿真模擬，其結構穩(wěn)定性和安全性均滿足鋼結構安全驗算規(guī)范要求。

2.2 石材安裝可調構件設計

基層鋼結構和石材在生產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計使得鋼結構安裝和石材安裝的定位難度都遠高于普通石材施工，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計為（多維）可調節(jié)構件，才能在施工過程中及時調節(jié)誤差，保證石材曲面造型的弧度平順，達到設計效果。

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

通過抱箍件，可以實現(xiàn)石材板塊在圓弧方向轉動，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現(xiàn)石材板塊的前后調節(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的轉動可以實現(xiàn)石材板塊的上下調節(jié)。

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

2.3 石材防脫落系統(tǒng)設計

本項目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個背栓掛件的基礎上，增加了一道背栓防脫落設計：在石材中心位置間距150 mm增加2個背栓掛點，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個背栓固定點意外失效的情況下，也能保證石材不會墜落傷人，提高了整個過頂石系統(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 三維測量放樣技術

本項目的造型復雜，但是施工精確度最低需達到GB 50210—2018《建筑裝飾裝修工程質量驗收標準》的質量驗收標準，所以不論是在石材加工環(huán)節(jié)還是現(xiàn)場鋼架和石材安裝環(huán)節(jié)，都需要采用三維測量放樣技術保證石材安裝質量的精確度要求。

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組成平面測量控制網，平面測量控制網需保證組成完全對稱的正六邊形形狀，以減小三維測量放樣的復雜性和施工管控的難度。

在平面測量控制網的基礎上，現(xiàn)場復測土建標高及安裝設備、管線等是否滿足設計的標高要求，在現(xiàn)場條件滿足設計標高要求或根據現(xiàn)場條件調整標高后，以平面控制網數據和標高數據為基礎進行BIM建模[3-4]，BIM建模采用實際石材板塊尺寸進行1∶1模擬，并從石材完成面對基層鋼架及連接件進行反向建模，從而形成對現(xiàn)場實際工況的真實模擬。

建模完成后的模型數據作為鋼架加工、石材加工、鋼架安裝、石材安裝的統(tǒng)一數據來源，并作為施工質量控制的檢查標準。在石材加工時，工廠將模型數據導入專業(yè)數控加工軟件以生成石材板塊和鋁板板塊分割圖，從而實現(xiàn)異形曲面石材的數控加工；鋼架加工時，其加工數據同樣由模型數據導出，作為鋼結構型材的加工和驗收依據；鋼架安裝時，每段型鋼龍骨位置的三維坐標點均從模型導出，現(xiàn)場引至相應空間位置，從而實現(xiàn)鋼結構安裝時的空間定位（圖5）。

圖5 鋼架定位數據

在石材定位板塊安裝時，同樣采用模型數據進行石材板塊的空間定位（圖6）。

圖6 石材定位數據

3 施工管控

3.1 石材加工

本項目石材為鋁蜂窩＋石材復合而成，由項目部提供BIM模型給蜂窩鋁板工廠，鋁板廠將模型數據導入異形鋁板加工軟件解析石材加工數據并生成石材及鋁板加工圖，石材工廠根據石材加工圖數據采用五軸雕刻機對石材進行三維數控加工，鋁板工廠同樣采用多點觸控設備進行蜂窩鋁板生產，最后在鋁板廠將石材和蜂窩鋁板采用專用膠水進行真空復合黏結。

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

圖7 石材加工批次

3.2 基層鋼結構安裝

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

3.2.1 雙曲面部分鋼結構安裝

如前文所述，為保證雙曲面區(qū)域鋼結構穩(wěn)定性，需采用H型鋼轉換層的做法。每個角部區(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，與地面預埋板采用高強螺栓鉸接固定，以便調節(jié)鋼結構自身的伸縮變形，接頭處焊接處理并采用鋼板連接板加強，焊縫等級為二級。

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

轉換層主次梁與原建筑結構鋼梁通過定制鍍鋅方管兩端焊接固定，使用鍍鋅翼板加強焊接，主次梁根據模型數據在工廠預制加工，現(xiàn)場安裝時采用小型卷揚機提升就位，定位數據從模型數據中導出并由放線人員現(xiàn)場復核確認。在主次梁之下進行主龍骨、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換層次梁焊接固定，單曲面區(qū)域主龍骨與結構樓板上預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形轉接件和抱箍件連接固定，通過轉接件腰孔可對次龍骨進行最大30 mm的調節(jié)。

3.2.2 單曲面部分鋼結構安裝

單曲面區(qū)域鋼結構受力穩(wěn)定，不需要采用型鋼轉換層結構，主龍骨采用定制鍍鋅方管工廠熱彎成形，現(xiàn)場拼接而成，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個背栓掛點安裝固定。為保證每排石材橫向水平直線度，需先進行角部區(qū)域雙曲面位置石材安裝，以此作為定位板塊，然后進行單曲面區(qū)域石材安裝，角部定位板塊安裝時根據BIM中數據進行定位復核并保證六個角部區(qū)域每排定位石材高度完全一致，單曲面區(qū)域每排石材安裝時拉通線，確保水平直線度不大于0.5 mm。

每塊石材安裝時，先臨時固定上下4個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，可通過抱箍件的轉動和定制下掛角碼或定制上掛角碼上的腰孔進行上下和前后方向上的微調，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險，增加了頂面石材的整體安全性。

4 結語

本文針對建筑室內裝修施工中的異形曲面石材施工關鍵技術進行了總結和探索，并結合相關鋼結構、石材的施工規(guī)范和質量標準，達到了設計效果，為類似項目的施工提供了重要參考。

三維可調構件的設計和三維測量放樣技術是保證本工程成功實施的關鍵，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符合室內裝修工程更高的安全要求和質量標準。

通過本工程的實踐應用，我們深刻地體會到，要滿足日益復雜、新穎的室內裝修造型設計和品質要求，不僅需要施工技術人員在傳統(tǒng)施工技術的基礎上進行創(chuàng)新，還需要在施工全過程的各個工序和環(huán)節(jié)總結、研究提高石材整體品質的工藝和方法。

[1] 肖瀟,徐雷.淺析背栓式干掛石材幕墻施工技術[J].中國建筑金屬結構,2013(2):20.

[2] 潘正風,程效軍.數字測圖原理與方法[M].2版.武漢:武漢大學出版社,2009.

[3] 張超.基于BIM的裝配式結構設計與建造關鍵技術研究[D].南京:東南大學,2016.

[4] 孫晟.背栓式錨固干掛石材幕墻施工技術[J].江蘇建材,2020(2):46-49.