裝配式超長(zhǎng)雙曲GRC欄板裝飾線條生產(chǎn)及安裝關(guān)鍵技術(shù)研究

柳樹成

摘 要：越來(lái)越多的現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)師追求獨(dú)特的美學(xué)效果，使用了諸多三維曲面元素，利用塑形優(yōu)異的玻璃纖維增強(qiáng)混凝土（Glass fiber Reinforced Concrete，以下簡(jiǎn)稱GRC）結(jié)合雙曲成型技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多維度裝飾外墻造型就是其中一種常見建筑形式。GRC制造工藝獨(dú)特，質(zhì)感細(xì)膩，能夠保證產(chǎn)品達(dá)到良好的密實(shí)性、抗壓強(qiáng)度和優(yōu)異的抗裂度。超長(zhǎng)雙曲GRC幕墻裝飾線條單元生產(chǎn)技術(shù)和安裝質(zhì)量控制很大程度上決定了整個(gè)外墻裝飾系統(tǒng)的觀感。因此對(duì)于超長(zhǎng)雙曲面GRC欄板裝飾線條生產(chǎn)及安裝關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)雙曲面;GRC/GRG裝飾欄板;BIM參數(shù)化設(shè)計(jì);裝配式

中圖分類號(hào)：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2022）08-0031-03

0 引言

隨著玻璃纖維增強(qiáng)混凝土（Glass fiber Reinforced Concrete，以下簡(jiǎn)稱GRC）材料技術(shù)研究的大幅進(jìn)步和生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量水平的提高，通過(guò)BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的支持，多維雙曲技術(shù)日臻成熟，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)師希望呈現(xiàn)的建筑表現(xiàn)形式[1]。

GRC預(yù)制構(gòu)件是以耐堿玻璃纖維、硫鋁酸鹽低堿度水泥和適宜集料構(gòu)成基材的水泥制品，構(gòu)件與水泥親和性較強(qiáng)，具有良好的可修復(fù)性和耐污染性。因此在運(yùn)輸及施工吊裝、安裝過(guò)程出現(xiàn)的少量破損后期可利用有色水泥進(jìn)行修補(bǔ)，保證良好的裝飾效果的同時(shí)，確?，F(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的利用率達(dá)到100%。

1 工藝原理

將采用BIM技術(shù)-Rhinoceros5.0參數(shù)化建模分解的構(gòu)件單元尺寸進(jìn)行1∶1放樣，制作雙曲承托胎架，固定鋼架連接件，按設(shè)計(jì)厚度噴射玻璃纖維混凝土成型并脫模養(yǎng)護(hù)。待構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后即可裝運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)后置埋件、轉(zhuǎn)接件、背負(fù)鋼架的粗調(diào)和微調(diào)使得每塊GRC單元構(gòu)件安裝位置準(zhǔn)確、弧線過(guò)渡平順，接縫美觀。配合表面修復(fù)美化處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)整條裝飾面完美銜接并呈現(xiàn)流暢造型。

2 工藝流程

Rhinoceros參數(shù)化建?！┕D設(shè)計(jì)→模板設(shè)計(jì)→支設(shè)胎架→背負(fù)鋼架定位→噴射玻璃纖維水泥→脫模養(yǎng)護(hù)→編碼入庫(kù)→工廠預(yù)拼→合格裝貨→成品運(yùn)輸→放線定位→化學(xué)錨栓安裝→固定預(yù)埋鋼錨板→焊接鋼架→安裝插板件→選配起吊GRC板單元→GRC板落位安裝→點(diǎn)焊臨時(shí)固定→GRC板調(diào)?！B接件滿焊→尺寸校核→膠縫處理→板面修復(fù)→涂裝彈性漆→養(yǎng)護(hù)→分部工程驗(yàn)收。

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 原料要求

采用強(qiáng)度等級(jí)52.5硅酸鹽水泥，具有凝結(jié)硬化快、早起強(qiáng)度高、干縮性小等優(yōu)點(diǎn)。摻入采用新會(huì)石英砂、新會(huì)硅砂，其SiO₂（二氧化硅）含量高達(dá)99.99%，熔點(diǎn)最高可達(dá)2 100℃，莫氏硬度7，密度2.2 g/c㎡。此種超高純度、超強(qiáng)性能的硅砂的應(yīng)用，使GRC產(chǎn)品能在惡劣的室外環(huán)境中使用，變形幾率降到最低。耐堿玻璃纖維中關(guān)鍵是ZrO₂（二氧化鋯）的含量達(dá)到16%以上，能夠更好應(yīng)對(duì)南沙復(fù)雜多變的室外環(huán)境。纖維最高摻量可達(dá)到水泥砂漿質(zhì)量的5%，纖維長(zhǎng)度可在一定范圍內(nèi)選擇，最大長(zhǎng)度可達(dá)到52 mm，玻璃纖維以二維亂向隨機(jī)分布于水泥砂漿之中，纖維的有效利用率較高，玻璃纖維沿厚度層均勻分布。

3.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

由于SketchUp注重的是前期設(shè)計(jì)方案的體現(xiàn)，要把建筑方案從電腦模型變?yōu)閷?shí)物，需要將SketchUp模型導(dǎo)入Rhinoceros進(jìn)行工業(yè)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)[2]。按照分縫位置，對(duì)線條各分塊進(jìn)行編號(hào)。由于建筑設(shè)計(jì)是雙曲變截面造型，任何一塊GRC板尺寸都是不相同的，所以板塊編碼極大方便施工人員快速識(shí)別產(chǎn)品所在位置，例如4FGRC-A001即表示4樓GRC產(chǎn)品A端頭001號(hào)產(chǎn)品。

對(duì)每塊GRC飄帶產(chǎn)品安裝定點(diǎn)定位，采用十字架法在現(xiàn)場(chǎng)確定樓層飄帶的尺寸與形狀，采集所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，作出設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行產(chǎn)品排版。根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)尺寸對(duì)每塊GRC單元進(jìn)行背負(fù)鋼架系統(tǒng)和面板的工業(yè)化設(shè)計(jì)。

3.3 GRC欄板制作

3.3.1 模板制作

根據(jù)工業(yè)化設(shè)計(jì)模型導(dǎo)出的生產(chǎn)圖，使用CNC（數(shù)控雕刻機(jī)）控制弧形、斷面形狀[3]。雙曲構(gòu)件模具表面要求光滑整潔、高強(qiáng)耐腐，材料不具吸水性。胎架材料板接縫應(yīng)嚴(yán)密，避免漿體流失形成質(zhì)量瑕疵。胎架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性（如圖1所示）。

3.3.2 噴射成形

砂漿擠壓泵輸送的水泥經(jīng)過(guò)壓縮空氣的高速霧化，與二維亂向隨機(jī)分布的玻璃纖維混合，同時(shí)噴射到模板上形成纖維水泥層，經(jīng)過(guò)不同方向多遍噴射混合料達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。相鄰兩層盡量沿著相互垂直的方向噴射，每層大約噴射3～6 mm厚度，噴射過(guò)程中保持出口氣壓≥0.7 MPa并隨時(shí)檢測(cè)料層厚度，保證厚度的均勻一致[4]。耐堿玻璃纖維混凝土初凝之前，應(yīng)對(duì)每一噴射層進(jìn)行輥壓密實(shí)，直到達(dá)到厚度要求。良好的輥壓工藝可排除引入的空氣，使砂漿與纖維均勻接觸，達(dá)到均勻密實(shí)效果。

3.3.3 脫模養(yǎng)護(hù)

根據(jù)季節(jié)不同、氣溫不同，脫模時(shí)間也有所差異，一般4 h左右即可脫模。脫模后制品必須認(rèn)真養(yǎng)護(hù)，特別是夏天，必須在72 h之內(nèi)保證濕潤(rùn)。養(yǎng)護(hù)放置沿重力線方向垂直放置。容易被重力牽引的地方用卡板或角鐵固定。用塑料薄膜覆蓋成型后的GRC板防止水分蒸發(fā)，到一定時(shí)間脫模。成型后的GRC板采用濕法養(yǎng)護(hù)以普通硅酸鹽水泥為基體的GRC板標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d、復(fù)合快硬水泥與低堿度水泥養(yǎng)護(hù)5 d、快硬水泥養(yǎng)護(hù)3 d。

3.3.4 焊接背負(fù)鋼架

GRC外墻裝飾板必須通過(guò)鋼架系統(tǒng)傳遞到結(jié)構(gòu)主體上。在工廠里制作并安裝背負(fù)鋼架能保證鋼架的安裝質(zhì)量并避免現(xiàn)場(chǎng)制作鋼架的麻煩，加快施工進(jìn)度。為適應(yīng)和包容南方潮濕、高溫的復(fù)雜氣候條件，GRC板材與背負(fù)鋼架的連接系統(tǒng)采用柔性連接，以便于有足夠的自由度使其應(yīng)力得到良好釋放[5]。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)安裝

首先對(duì)結(jié)構(gòu)邊梁進(jìn)行立面控制網(wǎng)測(cè)量，根據(jù)GRC飄帶造型的體量大小和高低要求，標(biāo)定每支化學(xué)螺栓和不銹鋼板的定位，打孔安裝Ф14 mm×140 mm的化學(xué)螺栓用以固定100 mm×100 mm×8 mm的不銹鋼板后置埋件。作為單元板塊承重結(jié)構(gòu)，不銹鋼板與錨栓的錨固質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范要求。主骨架采用不銹鋼材60 mm×80 mm×4 mm不銹鋼方管（豎向主龍骨），12#不銹鋼槽鋼與埋件焊接，豎向主龍骨與12號(hào)槽鋼焊接（如圖2所示）。每個(gè)埋件間距控制在1 000 mm左右，使產(chǎn)品可靠牢固附著在結(jié)構(gòu)上。

GRC板塊單元最長(zhǎng)達(dá)到8m，應(yīng)放置在專用的材料架上，用木托盤在不影響運(yùn)輸安全的情況下單件打包，采用疊架式材料架運(yùn)輸。材料進(jìn)場(chǎng)后即采用起重設(shè)備卸貨到指定堆場(chǎng)。

安裝時(shí)通過(guò)汽車起重機(jī)，把相應(yīng)位置GRC板塊吊到預(yù)定位置附近，安裝工人借助腳手架和樓面結(jié)構(gòu)將單元板塊扶正落位。GRC板落位后使用專用連接螺栓初步固定;轉(zhuǎn)接件的長(zhǎng)圓定位孔及墊片用于GRC板水平、垂直及左右調(diào)節(jié)，便于最后固定。對(duì)單元板件進(jìn)行安裝姿態(tài)微調(diào)，保證頂面水平、相連板件單元過(guò)渡平順、豎向接縫寬度上下一致相互平行、表面無(wú)明顯錯(cuò)位。上述工作調(diào)整后立即將背負(fù)鋼架滿焊固定，至此產(chǎn)品安裝完畢。

3.5 拼接口填充和表面美化

拼接口位置填充專用嵌縫材料，表面施打耐候密封膠，這樣的處理構(gòu)造具有很好的變形跟蹤性，既容許單元之間存在一定的自由度，使得板塊之間的集中應(yīng)力得以釋放，提高了變形能力，又保證了整體功能與外觀，從根本上可避免開裂現(xiàn)象的發(fā)生。

GRC產(chǎn)品處于室外環(huán)境，且受晝夜溫差、濕度影響較大，為保持表面持久潔凈，使用專用耐污彈性漆分層涂裝構(gòu)件表面。按照修補(bǔ)→打磨→修補(bǔ)氣孔→刮膩?zhàn)印灼帷灼帷嫫帷嫫岬某绦驅(qū)Ρ砻孢M(jìn)行美化處理。

4 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

超長(zhǎng)雙曲GRC欄板安裝施工應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50300-2013）、《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB50210-2018）等有關(guān)規(guī)定。隱蔽工程執(zhí)行驗(yàn)收制度并填寫隱蔽工程檢驗(yàn)記錄，經(jīng)簽字確認(rèn)后隱蔽。建立施工過(guò)程每道工序進(jìn)行自檢、互檢、交接檢。做到上不清下不接，誰(shuí)施工誰(shuí)負(fù)責(zé)。重視放線質(zhì)量，把結(jié)構(gòu)施工誤差大部分消化在弧形線位中，嚴(yán)格按控制線段、弧段平整度和曲度， 確保直線，曲線順滑。安裝GRC裝飾線條樣板段，經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)人員看樣定板再展開施工。對(duì)已安裝驗(yàn)收的成品采取硬質(zhì)圍擋、保護(hù)膜等實(shí)行保護(hù)，避免產(chǎn)生破損和污跡。安裝工藝的質(zhì)量技術(shù)控制要求如表1所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究主要關(guān)鍵技術(shù)如下：雙曲構(gòu)件單元生產(chǎn)制作的關(guān)鍵技術(shù)與控制要點(diǎn);安裝工程的質(zhì)量控制要點(diǎn);GRC欄板在安裝定位過(guò)程中的誤差控制與缺陷修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，適用范圍廣，安裝質(zhì)量控制優(yōu)良，能較好實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)美學(xué)要求裝飾性和美學(xué)特性。

造型簡(jiǎn)約、大氣美觀的廣州南沙嶺南花園度假酒店項(xiàng)目即應(yīng)用了該技術(shù)，其GRC雙曲板面積將近9 859.39 ㎡。大面積、超長(zhǎng)尺寸預(yù)制雙曲面GRC裝飾構(gòu)件在全線弧形結(jié)構(gòu)上安裝，生產(chǎn)和安裝都無(wú)國(guó)內(nèi)現(xiàn)成規(guī)范可遵循。耐堿玻璃纖維噴射多遍輥壓、綜合安裝、表面美化等工藝技術(shù)，應(yīng)用效果顯著，工藝合理可行，操作性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)雙曲GRC板塊單元觀感優(yōu)良，制作細(xì)致，表面平整光滑，各裝配單元之間弧線過(guò)渡平順，陰陽(yáng)角順直，飾面層粘接牢固，無(wú)起皮掉粉現(xiàn)象，流暢富有張力，視覺(jué)沖擊感極佳。適合在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)外墻GRC裝飾板工程中推廣和應(yīng)用，對(duì)異形雙曲鋁單板幕墻安裝同樣適用。

參考文獻(xiàn)

[1] 周岳峰，林谷.雙曲鋼結(jié)構(gòu)外裝大型GRC及GRG組合幕墻施工技術(shù)研究[J].廣州建筑，2020，48（4）：16-20.

[2] 張瑜，余杰，黃平，等.基于BIM5D的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻施工工法[J].重慶建筑，2018，17（12）：40-42.

[3] 趙全斌，李金光，耿直，等.孝感文化中心異形GRC幕墻建造技術(shù)BIM應(yīng)用[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，34（2）：78-83.

[4] 李軼群.深圳平安金融中心幕墻防排水設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)建筑防水，2016（5）：17-20.

[5] 王建國(guó).異形建筑幕墻施工質(zhì)量控制措施研究[J].建筑， 2014（12）：92-93.