黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面制作和安裝工藝研究

宋永彬

傳統(tǒng)建筑是我國重要的文化符號(hào)，具有巨大的歷史和美學(xué)價(jià)值。然而，隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的影響，許多傳統(tǒng)建筑出現(xiàn)損壞，因此對傳統(tǒng)建筑的保護(hù)和修復(fù)尤為迫切。對于傳統(tǒng)建筑的修復(fù)不僅要注重外觀效果和基礎(chǔ)的物理性能，而且要考慮實(shí)施過程的生態(tài)性。陶勇[1]認(rèn)為傳統(tǒng)建筑作為重要的文化符號(hào)，具有不可替代的歷史和美學(xué)價(jià)值。梅陽等[2]認(rèn)為屋面是傳統(tǒng)建筑的重要組成部分，在傳統(tǒng)建筑的修復(fù)和保護(hù)過程中屋面的保護(hù)和裝飾尤為重要。尹槐[3]認(rèn)為銅結(jié)構(gòu)屋面因其獨(dú)特的質(zhì)感、耐久性和美學(xué)價(jià)值，被廣泛應(yīng)用于文化遺產(chǎn)的保護(hù)和修復(fù)。

1 黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面的意義

1.1 文化遺產(chǎn)保護(hù)與傳承

文化遺產(chǎn)的保護(hù)與傳承對于維護(hù)國家文化自信、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和加強(qiáng)國際交流具有重要意義。傳統(tǒng)建筑文化作為文化遺產(chǎn)的重要組成部分，是中華民族歷史文化的瑰寶。銅結(jié)構(gòu)屋面作為傳統(tǒng)建筑文化的代表之一，通過獨(dú)特的制作工藝和美學(xué)價(jià)值，為黃帝故里傳統(tǒng)建筑文化的保護(hù)與傳承做出了積極的貢獻(xiàn)。

1.2 增添建筑美感

在黃帝故里的修復(fù)工程中，銅結(jié)構(gòu)屋面的應(yīng)用意義不僅僅在于保護(hù)傳統(tǒng)建筑，更在于賦予建筑以新的生機(jī)和美感，為黃帝故里的建筑增添了獨(dú)特的歷史韻味和文化氣息。同時(shí)，銅結(jié)構(gòu)屋面的優(yōu)良質(zhì)感和光澤，使建筑在陽光下閃耀著獨(dú)特的美麗光影，為黃帝故里增色不少。銅結(jié)構(gòu)屋面的應(yīng)用，可使傳統(tǒng)建筑得以與現(xiàn)代社會(huì)相融合，同時(shí)展現(xiàn)出了傳統(tǒng)與現(xiàn)代相互交融的美妙景象。

2 黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面的制作工藝

黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面的制作工藝包括深化設(shè)計(jì)和選材、下料和加工、制模、沖壓制作、焊接和打磨以及表面處理等。這些工藝是銅瓦屋面質(zhì)量和美觀性的保證，有助于保護(hù)和傳承黃帝故里的傳統(tǒng)建筑文化。

2.1 深化設(shè)計(jì)和選材

黃帝故里歷史悠久，建筑的銅結(jié)構(gòu)屋面獨(dú)具特色，令人印象深刻[4]。銅結(jié)構(gòu)屋面不僅賦予了建筑獨(dú)特的外觀，而且提高了建筑的穩(wěn)固性和經(jīng)久性。銅的性能穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，與空氣接觸后會(huì)生成氧化銅膜，氧化銅膜能夠有效防止銅的進(jìn)一步氧化[5]。此特性使得黃帝故里的銅屋面長期保持卓越的性能。

銅結(jié)構(gòu)屋面同樣具有優(yōu)越的耐火性能。銅的熔點(diǎn)為1083 ℃，因此在發(fā)生火災(zāi)時(shí)銅建筑不易受到損壞。同時(shí)，銅結(jié)構(gòu)屋面的抗風(fēng)能力較強(qiáng)，但黃帝故里的銅瓦能夠抵御風(fēng)力，可確保建筑的穩(wěn)定性和安全性。銅作為一種可持續(xù)的建筑材料，能夠100%回收和循環(huán)利用，不僅能夠減少制作過程的資源浪費(fèi)，而且有助于保護(hù)環(huán)境，符合綠色建筑理念。

2.2 制作流程

銅瓦一般由油壓機(jī)沖壓而成。在加工過程中，需要根據(jù)銅板厚度調(diào)整沖壓噸位。例如，對于1.2 ～1.5 mm厚的銅板，油壓機(jī)的壓力需設(shè)置為100 t。滴水和勾頭的制作較為復(fù)雜，需要采用傳統(tǒng)鍛打工藝，以確保成品的精度和工藝水平。在底瓦、蓋瓦、滴水和勾頭制作完成后，使用氬弧焊將各個(gè)部件焊接成型。焊接完成后，需要對焊縫區(qū)域進(jìn)行多次打磨，從粗磨到細(xì)磨，再到銼刀和砂布打磨，以確保銅瓦表面清晰和整潔。

屋面銅瓦的表面處理是一道嚴(yán)格且復(fù)雜的工序。先用拋光機(jī)去除銅瓦表面的痕跡，然后用高壓水槍去除雜質(zhì)，最后使用專用溶液進(jìn)行反復(fù)清洗，以去除表面的油污。其中，預(yù)氧化工藝是決定銅瓦色澤穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。該工藝通過特殊的藥水使銅表面形成“氧化物島”，目的是延長銅瓦的使用壽命。在此過程中需要嚴(yán)格控制溶液的參數(shù)，如溫度和濃度等，并進(jìn)行多次氧化，以確保銅瓦的質(zhì)量和色彩的穩(wěn)定性[6]。

3 黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面的安裝工藝

3.1 安裝工藝流程

3.1.1 設(shè)置預(yù)埋件和測量放線

在銅結(jié)構(gòu)屋面安裝前期要設(shè)置預(yù)埋件，按照預(yù)埋施工圖確定預(yù)埋件的位置和尺寸。預(yù)埋件設(shè)置完成后，開始測量放線，放出基準(zhǔn)線、標(biāo)高線和軸線等，以確定整體結(jié)構(gòu)的位置。

3.1.2 安裝紫銅幕墻

安裝紫銅幕墻有6 個(gè)步驟，每個(gè)步驟需要注意的事項(xiàng)具體為：

1）測量放線。通過測量放線，確定龍骨的位置和標(biāo)高，為幕墻安裝提供參照。

2）標(biāo)識(shí)龍骨位置線和復(fù)驗(yàn)。在測量放線的基礎(chǔ)上，標(biāo)出龍骨的位置線并進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，確保安裝的準(zhǔn)確性。

3）焊接安裝龍骨。根據(jù)節(jié)點(diǎn)施工圖選擇合適的龍骨型號(hào)，并進(jìn)行安裝和焊接。焊接完成后，要清理焊渣并進(jìn)行防腐和防銹處理。

4）檢查驗(yàn)收。對安裝完成的龍骨進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，確保焊縫質(zhì)量和連接穩(wěn)固性。

5）安裝防水板。在幕墻底部安裝防水板，避免雨水滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

6）安裝紫銅屋面板。安裝紫銅屋面板，確保每塊板材安裝準(zhǔn)確。

3.1.3 安裝底瓦、勾頭瓦、蓋瓦以及挑檐

底瓦、勾瓦頭、蓋瓦和挑檐的安裝均有自己的方法和注意事項(xiàng)，具體步驟如下：

1）安裝底瓦。安裝前要檢查屋頂結(jié)構(gòu)并進(jìn)行必要的加固。先安裝底瓦支承件，再鋪設(shè)底瓦，最后進(jìn)行調(diào)整和校正，以保證底瓦的平整度和形狀，確保排水暢通。

2）插入勾頭瓦并焊接。將勾頭瓦插入底瓦接口下部，并進(jìn)行焊接連接。焊接完成后檢查焊縫質(zhì)量和連接穩(wěn)定性。

3）安裝蓋瓦。先對蓋瓦進(jìn)行預(yù)處理，確保其表面保護(hù)完好，然后將蓋瓦插入底瓦接口下部，并進(jìn)行焊接固定，最后檢查焊縫質(zhì)量和銅瓦排列是否符合要求。

4）安裝挑檐。先安裝支撐結(jié)構(gòu)，再將挑檐安裝在支撐結(jié)構(gòu)上并進(jìn)行固定。在安裝過程中要考慮排水和防護(hù)，確保挑檐的穩(wěn)固性和美觀性。

3.2 尋根門紫銅屋面的安裝施工方案

3.2.1 項(xiàng)目概況

尋根門為黃帝故里園區(qū)的主大門，是中國傳統(tǒng)牌坊建筑，其立面呈古典三段式。尋根門的平面為3 開間，有1 個(gè)主門和2 個(gè)側(cè)門，總建筑面積約722.4 m2，建筑高度為16.65 m，寬度為56.8 m，主門凈寬約20 m。尋根門紫銅屋面如圖1 所示。該建筑包括現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架和紫銅屋面。屋頂采用685 個(gè)方形椽頭雕刻不同姓氏，寓意為“歸家尋宗，尋根溯源”[7]。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包含基礎(chǔ)、框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)屋架、石材堆砌、紫銅屋面、幕墻裝飾以及水電設(shè)備安裝等。

圖1 尋根門紫銅屋面（來源：作者自攝）

3.2.2 屋面瓦施工

屋面主要包括瓦面蓋瓦、瓦面底瓦、銅勾頭、銅滴水、銅屋面正脊、斜脊、封檐以及固定配件。安裝銅瓦前，要根據(jù)圖紙復(fù)核屋架安裝尺寸，檢查鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板的平整度和接縫處的防水密封效果。步驟如下：首先，根據(jù)圖紙彈線定出屋面屋脊的外邊緣線和標(biāo)高，并在屋面上安裝不銹鋼支撐架，將其焊接在屋面直立鎖邊鋁合金轉(zhuǎn)接扣件系統(tǒng)上。其次，確定單翼屋面中心線，根據(jù)施工圖的尺寸進(jìn)行分壟，并調(diào)節(jié)各壟的間距，將多余的尺寸分配在兩翼角的端部。最后，根據(jù)分壟間距安裝通長的底瓦支撐架，并且將其焊接在屋面直立鎖邊鋁合金轉(zhuǎn)接扣件系統(tǒng)上，支撐架尾部與脊的不銹鋼支撐架通過焊接方式連接。撐架和底瓦支撐架均采用20 mm×20 mm的304不銹鋼方管制成。

在安裝銅封檐板時(shí)，根據(jù)底瓦和蓋瓦的尺寸，將封檐板切割成弧形口。安裝銅底瓦時(shí)，可以先將底瓦瓦當(dāng)固定在底瓦端部，并定出底瓦外挑出檐口的尺寸，然后根據(jù)尺寸拉出整體外挑的水平線。銅底瓦尾端要伸進(jìn)屋脊內(nèi)，伸入長度應(yīng)控制在50 ～80 mm，防止雨水流入。安裝完成后，要核對安裝尺寸和平整度。在不銹鋼支撐架上安裝銅屋脊構(gòu)件，將構(gòu)件底部焊接在銅底瓦面上，并在安裝完成后檢查尺寸和平整度。打磨焊接位置并進(jìn)行拋光，對打磨范圍進(jìn)行修補(bǔ)著色處理。

安裝蓋瓦要先安裝帶銅勾頭的蓋瓦瓦當(dāng)，勾頭要緊貼底瓦的滴水，通過點(diǎn)焊將蓋瓦固定在底瓦上，蓋瓦端部要設(shè)置折邊，在尾部要設(shè)置凹槽。然后安裝不帶勾頭的蓋瓦，端部折邊與前一塊蓋瓦的尾部凹槽卡位固定，蓋瓦可通過點(diǎn)焊固定在底瓦上，瓦間接縫要吻合，靠近脊的蓋瓦尾端要伸進(jìn)屋脊內(nèi)。

安裝屋脊蓋瓦時(shí)，首先將不銹鋼內(nèi)折件通過電焊固定在支撐架上。支撐架采用20 mm×20 mm 的304 不銹鋼方管制成。其次，將紫銅收邊條一端固定在內(nèi)折件上，另一端焊接在不銹鋼支撐架上。再次，自下而上安裝屋脊蓋瓦，并通過點(diǎn)焊將屋脊蓋瓦固定在紫銅收邊條上，轉(zhuǎn)角處的切割接縫應(yīng)吻合并進(jìn)行焊接。最后，打磨焊接位置的表面并進(jìn)行拋光，涂刷與屋面瓦同色的結(jié)構(gòu)密封膠進(jìn)行防水處理，對有瑕疵部位進(jìn)行修補(bǔ)著色處理。

3.2.3 平鎖扣紫銅板屋面施工

平鎖扣紫銅板屋面主要包括平鎖扣紫銅板、不銹鋼配套平鎖扣銅板掛件和固定配件。其中，平鎖扣紫銅板的規(guī)格為400 mm×800 mm×1 mm。在屋面安裝前，要根據(jù)圖紙復(fù)核上道工序的安裝尺寸，檢查上道工序的防水基層是否存在起砂和開裂等缺陷。檢查完畢后，由兩端往中間安裝平鎖扣紫銅板屋面。

3.2.4 椽子施工

尋根門椽子包括鋼構(gòu)骨架、Z軸椽子、Y軸椽子、X軸椽子以及椽子頭。在安裝椽子前首先要進(jìn)行試拼裝，提前考慮拼裝中可能出現(xiàn)的問題，并制訂安裝方案。然后，要根據(jù)圖紙復(fù)核上道工序的安裝尺寸，檢查不銹鋼龍骨橫向和縱向的水平高度以及標(biāo)高。最后，按照Z軸—X軸—Y軸的順序有序進(jìn)行安裝。

3.2.5 銅幕墻板施工

安裝銅幕墻板前，要根據(jù)圖紙復(fù)核上道工序的安裝尺寸，然后根據(jù)圖紙?jiān)敿?xì)核對銅幕墻板的產(chǎn)品編號(hào)和安裝位置，最后將幕墻吊裝至指定位置。幕墻板背襯鋁蜂窩和不銹鋼方管，單側(cè)和尾部設(shè)置L 形收邊內(nèi)襯條，作用是控制圖紙要求預(yù)留的5 mm 或者10 mm 的對接縫。幕墻主要采用不銹鋼角碼連接，不銹鋼角碼直接預(yù)置在銅幕墻上。安裝時(shí)將銅幕墻上的角碼一端固定在基材的不銹鋼次龍骨上。豎向的檐口幕墻自下而上安裝，端部以插接方式連接，尾部固定在次龍骨上。橫向的檐口幕墻一側(cè)采用插接拼接，另一側(cè)固定在次龍骨上。銅幕墻的安裝要橫平豎直且標(biāo)高準(zhǔn)確，表面不允許出現(xiàn)機(jī)械損害，并按照要求進(jìn)行表面處理。幕墻間的連接采用拼接的形式，拼接縫隙要根據(jù)圖紙確定，應(yīng)保證縫隙寬度統(tǒng)一。

4 黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面的美學(xué)價(jià)值

4.1 傳統(tǒng)建筑文化的傳承與美學(xué)表現(xiàn)

傳統(tǒng)建筑以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格、建筑結(jié)構(gòu)和裝飾藝術(shù)，承載著豐富的歷史內(nèi)涵和民族精神。在保護(hù)和修復(fù)傳統(tǒng)建筑的過程中，銅結(jié)構(gòu)屋面作為一種傳統(tǒng)的建筑材料，不僅是文化遺產(chǎn)的重要組成部分，更是傳統(tǒng)建筑文化的代表之一。黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面的應(yīng)用延續(xù)了傳統(tǒng)建筑的歷史傳承，更為現(xiàn)代人了解和認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)文化提供了生動(dòng)的窗口。通過銅結(jié)構(gòu)屋面的裝飾和應(yīng)用，黃帝故里傳統(tǒng)建筑文化在新時(shí)代煥發(fā)出新的活力和魅力，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)與現(xiàn)代的有機(jī)結(jié)合。

4.2 融入自然與環(huán)境的和諧

銅結(jié)構(gòu)屋面作為一種天然材料，具有良好的耐候性和環(huán)保性。隨著時(shí)間的推移，銅瓦表面會(huì)產(chǎn)生自然氧化層，使顏色逐漸變化，從初始的金黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樯詈稚蜚~綠色。這種變化賦予銅瓦獨(dú)特的自然美感，使其與周圍環(huán)境相融合，呈現(xiàn)出一種與自然和諧共生的狀態(tài)。在黃帝故里這種富有歷史和文化內(nèi)涵的地方，銅結(jié)構(gòu)屋面不僅是建筑的一部分，更與周圍環(huán)境相互交融，使傳統(tǒng)建筑煥發(fā)出新的生命力，展示了中華傳統(tǒng)建筑文化的獨(dú)特魅力和永恒美感。

5 結(jié)語

黃帝故里銅結(jié)構(gòu)屋面作為傳統(tǒng)建筑構(gòu)件，在文化遺產(chǎn)保護(hù)和可持續(xù)性方面具有重要地位。銅結(jié)構(gòu)屋面在傳統(tǒng)建筑中的應(yīng)用，不僅賦予了建筑顯著的特征，且具備出色的耐久性和環(huán)保性，有助于延續(xù)傳統(tǒng)建筑的生命力。為了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑文化的可持續(xù)發(fā)展，要進(jìn)一步加強(qiáng)文化遺產(chǎn)的保護(hù)與傳承工作，注重技藝的傳承和培養(yǎng)傳統(tǒng)建筑的工匠精神。同時(shí)，應(yīng)推動(dòng)傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代科技的結(jié)合，利用現(xiàn)代技術(shù)手段保護(hù)和修復(fù)傳統(tǒng)建筑，使其能夠適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的需求和功能。