高大空間雙向弧形吊頂與鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換連接工藝研究

史利波

（山西建投集團(tuán)裝飾有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，我國(guó)大跨度空間結(jié)構(gòu)得到了快速發(fā)展，展廳、航站樓等重要場(chǎng)所的空間高度和跨度不斷增加，且大型建筑的空間裝飾裝修逐漸多元化，為取得更好的裝飾效果，高大空間管桁架屋面中逐漸開(kāi)始應(yīng)用雙曲格柵吊頂，目前，我國(guó)還未有在大空間鋼結(jié)構(gòu)吊頂方面的系統(tǒng)研究和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)屋面吊頂?shù)难芯可袑倨鸩诫A段，無(wú)論是在裝飾裝修美觀方面，還是整體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定方面，施工單位都需要在技術(shù)上不斷研究，在質(zhì)量上嚴(yán)格管控，使大空間建筑項(xiàng)目吊頂?shù)难b飾裝修具備更高規(guī)格的質(zhì)量和使用效果[1]。

1 工程實(shí)例

瀟河國(guó)際會(huì)展中心中間組團(tuán)，總建筑面積約9.6m2，地下1 層、地上2 層（局部設(shè)夾層）結(jié)構(gòu)。一層?xùn)|登錄廳頂面為高大空間弧形金屬鋁條板，金屬鋁條板規(guī)格為100mm×25mm×0.7mm，顏色為白色啞光，防火等級(jí)為A 級(jí)。東登錄廳面積3 070m2，長(zhǎng)度97.5m，寬度58.4m，弧形吊頂最低點(diǎn)17.28m，最高點(diǎn)23.8m。該工程應(yīng)用了高大空間雙向弧形吊頂與鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換連接施工工法，施工的鋁合金格柵吊頂造型達(dá)到雙曲效果，弧度流暢美觀層次分明，結(jié)構(gòu)安全牢固。

2 鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換連接工藝概述及優(yōu)勢(shì)

不規(guī)則雙曲面的吊頂造型省內(nèi)無(wú)先例，弧度流暢、層次分明、排列整齊的金屬鋁條板對(duì)施工和材料加工都提出了極高的要求，需要運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行輔助施工，對(duì)其施工節(jié)點(diǎn)做法、標(biāo)高、排版等進(jìn)行提前排布深化。通過(guò)對(duì)絞架形式進(jìn)行研究、試驗(yàn)，最終確定了施工工藝，采用直徑400mm 圓盤(pán)專用轉(zhuǎn)換絞架與屋面為管桁架結(jié)構(gòu)預(yù)留吊環(huán)連接，400mm 圓盤(pán)下方設(shè)置3 根M20 吊桿與定制連接板與兩根主龍骨交叉連接，如圖1 所示。

圖1 M20 吊桿與定制連接板與主龍骨交叉

主龍骨通過(guò)連接耳板與定制連接板連接（兩根主龍骨接頭處斷開(kāi)，使兩根主龍骨可呈交叉狀態(tài)，如圖2 所示），通過(guò)定制連接板調(diào)整主龍骨與副龍骨采用L 型連接件連接，轉(zhuǎn)換層副龍骨采用“Z”字形連接件與鋁合金卡齒龍骨進(jìn)行連接，通過(guò)調(diào)節(jié)“Z”字形連接件的角度實(shí)現(xiàn)鋁條板南北向起?。|西向通過(guò)鋁條板滾壓加工實(shí)現(xiàn)起?。?。主龍骨的角度及標(biāo)高。

圖2 主龍骨交叉狀態(tài)

圖3 雙曲面吊頂節(jié)點(diǎn)（一層?xùn)|登錄廳、二層交通廳）

工藝優(yōu)勢(shì)：（1）安全施工。本工法采用直臂升降車進(jìn)行施工作業(yè)，放棄傳統(tǒng)腳手架搭設(shè)方式，大大降低了作業(yè)的施工風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)作業(yè)環(huán)境的安全起到良好的保障作用。（2）安裝質(zhì)量。該工法從每個(gè)工藝連接件到圖紙節(jié)點(diǎn)深化再到現(xiàn)場(chǎng)施工各部位尺寸精準(zhǔn)控制，最大偏差控制在2mm 范圍以內(nèi)，利用BIM 技術(shù)對(duì)各部位精準(zhǔn)定位提高安裝精度，提高整體觀感質(zhì)量。（3）施工進(jìn)度。高大空間雙向弧形吊頂與鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換連接施工工藝在省內(nèi)并無(wú)先例，該工法借助BIM 技術(shù)在施工前將模型建立完成，相關(guān)連接件、金屬鋁條板等材料可提前進(jìn)行加工，大大節(jié)約了材料加工時(shí)間，安裝采用連接件柔性連接大大降低了結(jié)構(gòu)的空間變形對(duì)其影響，對(duì)加快施工進(jìn)度起到關(guān)鍵性的作用。

3 雙向弧形吊頂與鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換連接工藝應(yīng)用

3.1 吊頂安裝的準(zhǔn)備

（1）基礎(chǔ)驗(yàn)收。以圖紙要求為準(zhǔn)，檢驗(yàn)基礎(chǔ)的質(zhì)量；按照規(guī)范辦理基礎(chǔ)施工和鋼結(jié)構(gòu)施工的交接驗(yàn)收，確?；A(chǔ)的軸線標(biāo)志和標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)準(zhǔn)確且穩(wěn)定、鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

（2）檁條的檢查。確定適宜的構(gòu)件懸吊吊點(diǎn)，對(duì)于腹板寬厚比大、側(cè)向剛度小的構(gòu)件，采取防扭曲、防損壞措施，確保構(gòu)件在吊裝中不出現(xiàn)異常；定構(gòu)件的捆綁部位和懸吊部位，避免因此類部位的位置選擇不合理而出現(xiàn)構(gòu)件局部變形、受損問(wèn)題；禁止在主要受力部位焊接其他結(jié)構(gòu)物，且禁止用已安裝的構(gòu)件起吊其他重物；鋼架施工時(shí)及時(shí)布設(shè)支撐，為提升鋼架的穩(wěn)定性，可增設(shè)纜風(fēng)繩；支撐、C 型檁條等構(gòu)件安裝到位后，檢測(cè)幾何尺寸，存在偏差時(shí)校正[2]。

3.2 施工工藝要點(diǎn)

3.2.1 放線測(cè)量

因不規(guī)則雙曲面的吊頂造型省內(nèi)無(wú)先例，弧度流暢、層次分明、排列整齊的金屬鋁條板對(duì)施工和材料加工都提出了極高的要求，需要運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行輔助施工，對(duì)其施工節(jié)點(diǎn)做法、標(biāo)高、排版等進(jìn)行提前排布深化。

中展東登錄廳頂部為管桁架結(jié)構(gòu)，在測(cè)量放線前，運(yùn)用BIM 模型提取管桁架上、下弦標(biāo)高，作為吊頂完成面控制依據(jù)。測(cè)量管桁架吊鉤標(biāo)高，采用定點(diǎn)放線方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量。BIM 模型提取的吊鉤標(biāo)高與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)高對(duì)比，測(cè)算高差，針對(duì)誤差通過(guò)轉(zhuǎn)換層及專用龍骨調(diào)整修正。將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)模型相比較，修改實(shí)際尺寸模型，便于后期在裝修施工時(shí)，模型數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸相吻合，讓模型與現(xiàn)場(chǎng)尺寸做到統(tǒng)一，數(shù)據(jù)真實(shí)有效[3]。

測(cè)放吊頂標(biāo)高及龍骨位置線，用水準(zhǔn)儀準(zhǔn)確找出吊頂設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，以彈墨線的方式在四周墻上確定吊頂標(biāo)高控制線。各條線均要準(zhǔn)確、清晰，作為施工的參照。隨后，根據(jù)吊頂排版圖在樓板測(cè)放龍骨位置線。從吊頂中心開(kāi)始布設(shè)龍骨，逐步向兩邊推進(jìn)，最大間距不超過(guò)120mm；根據(jù)龍骨位置線標(biāo)出吊桿的固定部位，通常以900～1 200mm 的間距設(shè)置吊桿，與龍骨端頭的距離不超過(guò)300mm，必要時(shí)適當(dāng)增加吊桿間距，例如遇到較大設(shè)備或管道時(shí)，間距需超過(guò)1 200mm，且為了精準(zhǔn)控制吊桿間距可設(shè)置型鋼扁鐵。

3.2.2 轉(zhuǎn)換層骨架

（1）一層西登錄廳、票務(wù)中心、辦證服務(wù)吊桿長(zhǎng)度大于1 500mm，應(yīng)設(shè)置反向支撐桿。反支撐采用50mm×50mm×5mm熱鍍鋅角鋼，間距1 200mm，吊桿用金屬膨脹螺栓穩(wěn)固至樓板上，M12 金屬吊桿做防腐處理，要求吊桿耐腐蝕且承載能力穩(wěn)定可靠。吊頂上的檢修口、燈具及其他設(shè)備均要用獨(dú)立吊桿安裝，禁止將設(shè)備直接布設(shè)在龍骨吊桿處，以防龍骨吊桿因承受能力不足而發(fā)生異常。構(gòu)件安裝時(shí)產(chǎn)生的焊接部位易銹蝕，也需防腐。

（2）根據(jù)投標(biāo)圖紙深化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)金屬條形板吊頂節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化并結(jié)構(gòu)計(jì)算（按照面荷載5kg/m2計(jì)算），9m 跨主檁條用C 型鋼200×70×20×2.5，Q235 鋼，6.4m 跨主檁條用C型鋼120×60×20×3.0，4.5m 跨次檁條100×50×20×2.5，間距是1 200mm。

（3）一層?xùn)|登錄廳、二層交通廳屋面為管桁架結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)采用直徑400mm 圓盤(pán)專用轉(zhuǎn)換絞架與管桁架吊環(huán)連接，專用絞架與M20 吊桿連接，M20 吊桿與6.4m 跨主龍 骨（C 型 鋼120×60×20×3.0）、9m 跨主龍 骨（C 型 鋼200×70×20×2.5）采用轉(zhuǎn)換絞架進(jìn)行連接，調(diào)整高度，主龍骨間距隨管桁架掛鉤分別為間距6.4m、間距9m。安裝主龍骨時(shí)采用直徑400mm 圓盤(pán)轉(zhuǎn)換絞架與管桁架吊環(huán)連接，圓盤(pán)絞架下設(shè)置M20，M20 吊桿與主龍骨采用轉(zhuǎn)換絞架進(jìn)行連接，如圖4所示。

圖4 主龍骨采用轉(zhuǎn)換絞架進(jìn)行連接

（4）屋面為鋼架球節(jié)點(diǎn)時(shí)需用10mm 厚鋼板抱箍進(jìn)行連接，后續(xù)步驟同管桁架結(jié)構(gòu)施工。

3.2.3 安裝配套龍骨

（1）通過(guò)螺栓、吊桿將配套龍骨與轉(zhuǎn)換層連接，龍骨間距控制在1 200mm。龍骨端部懸挑達(dá)到300mm 及以上時(shí)，增設(shè)吊桿。由于尺寸要求而對(duì)配套龍骨做接長(zhǎng)處理時(shí)，禁止采取搭接措施，適宜方法是用專用連接件對(duì)接。為維持配套龍骨的穩(wěn)定性，每段的吊掛點(diǎn)至少達(dá)到兩處。配套龍骨安裝完成后，拉通線進(jìn)行弧度調(diào)整，弧度符合圖紙要求[4]。

（2）對(duì)于弧度較大的吊頂，僅靠隨結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換絞架進(jìn)行調(diào)整不能滿足弧度要求；轉(zhuǎn)換層副龍骨采用“Z”字形連接件與鋁合金卡齒龍骨進(jìn)行連接，通過(guò)調(diào)節(jié)“Z”字形連接件的角度實(shí)現(xiàn)鋁條板南北向起?。|西向通過(guò)鋁條板滾壓加工實(shí)現(xiàn)起?。?。

3.2.4 安裝鋁條板

金屬鋁條板需在測(cè)量放線后由廠家使用犀牛軟件建立金屬鋁條板天花排版下料。廠家在下料時(shí)需根據(jù)圖紙間距及吊燈位置進(jìn)行排布（金屬鋁條板間距100mm，與吊燈間距300mm），轉(zhuǎn)換層施工完成后廠家復(fù)測(cè)。

安裝人員雙手托起鋁條板，依次將兩邊壓入龍骨的卡槽。鋁條板卡入龍骨后，用插板進(jìn)行調(diào)整，直至與鄰板保持平齊為止。插板插入板縫時(shí)，應(yīng)做到位置準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠。施工從空間的一端開(kāi)始，逐步向另一端推進(jìn)，有條不紊地施工，最終完成面為弧形，如圖5 所示。

圖5 弧形成品圖

3.2.5 清理

施工全程金屬飾面板的保護(hù)膜需保持完整，起到防護(hù)板材的作用。交工前，確認(rèn)無(wú)外部因素的影響后方可撕去保護(hù)膜，用專用清洗劑清理板面。

4 質(zhì)量控制

4.1 允許偏差及檢驗(yàn)方法

（1）主控項(xiàng)目

①吊頂標(biāo)高、尺寸、起拱和造型應(yīng)符合設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求。

檢驗(yàn)方法：觀察；尺量檢查。

② 鋁條板材質(zhì)、尺寸、規(guī)格、顏色及厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求。

檢驗(yàn)方法：觀察；檢查產(chǎn)品合格證書(shū)、性能檢測(cè)報(bào)告、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收記錄和復(fù)驗(yàn)報(bào)告。

③吊頂?shù)牡鯒U、配套龍骨和鋁條板的安裝必須牢固，分隔方式及分塊尺寸。分格縫寬度應(yīng)符合設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求。

檢驗(yàn)方法：觀察；手扳檢查；尺量檢查。

④ 吊桿、龍骨的材質(zhì)、規(guī)格、安裝間距及連接方式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。金屬吊桿應(yīng)經(jīng)過(guò)表面防腐處理。

檢驗(yàn)方法：觀察；尺量檢查；檢查產(chǎn)品合格證書(shū)、性能檢測(cè)報(bào)告、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收記錄和隱蔽工程驗(yàn)收記錄。

（2）一般項(xiàng)目

①鋁條板表面應(yīng)潔凈、色澤一致，不得有翹曲、裂縫和缺損。鋁條板與配套龍骨的搭接應(yīng)平整、吻合，板縫應(yīng)平直、寬窄一致。

檢驗(yàn)方法：觀察；尺量檢查。

② 鋁條板上的燈具、煙感器、噴淋頭、風(fēng)口算子等設(shè)備的位置應(yīng)合理、美觀，與鋁條板的交接應(yīng)吻合、嚴(yán)密。

檢驗(yàn)方法：觀察。

③龍骨的接縫應(yīng)均勻一致，表面應(yīng)平整，無(wú)翹曲、錘印。檢驗(yàn)方法：觀察。

（3）允許偏差

采用2m 靠尺與塞尺對(duì)金屬鋁板條吊頂進(jìn)行檢驗(yàn)，具體檢驗(yàn)方法及偏差見(jiàn)表1。

表1 偏差及檢驗(yàn)方法

4.2 質(zhì)量控制措施

（1）轉(zhuǎn)換層施工前根據(jù)提供的標(biāo)高點(diǎn)進(jìn)行放線，沿墻部分標(biāo)高點(diǎn)彈至墻面。（2）圓盤(pán)與結(jié)構(gòu)耳板連接時(shí)采用M16 雙螺母，雙向增加彈簧墊片和平墊片各一個(gè)。（3）圓盤(pán)下吊桿與主龍骨連接下部采用雙螺栓緊固。（4）主龍骨與副龍骨連接時(shí)保證“L”件垂直于地面，上部用雙螺母緊固。（5）安裝轉(zhuǎn)換層骨架時(shí)應(yīng)按照每個(gè)吊環(huán)位置經(jīng)計(jì)算的設(shè)計(jì)標(biāo)高施工，吊環(huán)間型鋼起弧依據(jù)BIM 模型計(jì)算結(jié)果分段以軟連接方式過(guò)渡，逐步消除管桁架標(biāo)高的誤差。（6）卡齒龍骨與副龍骨連接時(shí)合理控制間距，間距1 200mm。（7）鋁條板安裝必須按排版圖對(duì)應(yīng)條板編號(hào)施工；鋁條板端頭應(yīng)平齊、空縫一致，采用激光直線儀檢查；（8）鋁條板安裝調(diào)整到位后，按下防風(fēng)扣。防風(fēng)扣盡量減少開(kāi)閉動(dòng)作，避免折斷；（9）安裝金屬鋁條板時(shí)注意板邊離墻體距離一致，不得出現(xiàn)板邊不齊現(xiàn)象。

5 雙向弧形吊頂施工質(zhì)量問(wèn)題及措施

5.1 吊頂不平

（1）原因分析：測(cè)量放線不準(zhǔn)確、龍骨未拉通線調(diào)平時(shí)均易引起吊頂不平的問(wèn)題，甚至出現(xiàn)波浪形狀，例如在龍骨未滿足平整度要求時(shí)便貿(mào)然安裝鋁條板，在結(jié)束安裝后進(jìn)行調(diào)平時(shí)將導(dǎo)致局部受力不均，從而出現(xiàn)波浪形狀。此外，燈具、設(shè)備等直接吊掛在配套龍骨時(shí)，設(shè)備的重力作用過(guò)強(qiáng)，配套龍骨的承受能力有限，也將由于受力作用而出現(xiàn)局部變形現(xiàn)象。吊桿安裝不穩(wěn)定，無(wú)法維持正常形態(tài)，吊頂局部下沉。鋁條板運(yùn)輸時(shí)擠壓變形，導(dǎo)致吊頂不平，或在安裝時(shí)未與配套的插板穩(wěn)定連接，出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，導(dǎo)致頂面不平[5]。（2）預(yù)防措施：在墻面準(zhǔn)確測(cè)放吊頂四周的標(biāo)高線，盡可能減小測(cè)量放樣的誤差。若跨度較大，于中間增設(shè)標(biāo)高控制點(diǎn)。鋁條板安裝前檢查龍骨，必須在龍骨調(diào)直、調(diào)平后方可安裝。禁止直接在吊頂?shù)牡鯒U上安裝設(shè)備及燈具，需增設(shè)吊桿并與結(jié)構(gòu)穩(wěn)固連接。配套龍骨需在調(diào)直后才可安裝，要求鋁條板保持平整、穩(wěn)定。為滿足燈具安裝、通風(fēng)等要求而在配套龍骨上預(yù)留孔洞時(shí)，其布設(shè)位置必須合理，并對(duì)局部節(jié)點(diǎn)做加固處理，視結(jié)構(gòu)特點(diǎn)增設(shè)連接件和附加龍骨，以防鋁條板變形。所有投入使用的鋁條板的切割角度均要合理，每條邊均要平整，以免出現(xiàn)接口露白、接縫不平等問(wèn)題。若采用膨脹螺桿固定吊桿，需加強(qiáng)對(duì)隱蔽工程的檢驗(yàn)，且尤其需要關(guān)注的是關(guān)鍵的受力部位，經(jīng)過(guò)抗拔試驗(yàn)后判斷螺栓是否穩(wěn)定可靠。

5.2 吊頂與設(shè)備未正常銜接

（1）原因分析：各專業(yè)的配合不當(dāng)，例如裝飾專業(yè)與設(shè)備專業(yè)未有效配合，引起銜接異?，F(xiàn)象；施工順序不合理，無(wú)法將吊頂與設(shè)備正常銜接。（2）預(yù)防措施：孔洞尺寸較大時(shí)，根據(jù)設(shè)備規(guī)格確定合適的作業(yè)參數(shù)，在襯板安裝后方可進(jìn)行吊頂施工；孔洞尺寸較小時(shí)，拉通長(zhǎng)中心線并以此為基準(zhǔn)在頂部開(kāi)設(shè)孔洞。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)瀟河國(guó)際會(huì)展中心吊頂采用該工法的具體應(yīng)用得出：該工程在大跨度吊頂施工中，給同類項(xiàng)目提供了技術(shù)借鑒。對(duì)后期建設(shè)有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義，研發(fā)了多種適用于大空間結(jié)構(gòu)的吊頂掛件，增強(qiáng)了龍骨的安全性，且使吊頂雙曲弧度流暢美觀。其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益巨大，應(yīng)用前景十分廣闊。