宁夏大剧院外倾双曲石材幕墙施工技术

朱程森　张飞　齐福利

摘 要：介绍了宁夏大剧院外倾双曲石材幕墙概况、幕墙构造做法、主要施工工艺等。

关键词：宁夏大剧院；外倾双曲或花瓣式石材幕墙

1 工程背景

宁夏大剧院为大型甲等剧院，总占地面积55000多平方米，共容纳1483人，建筑面积48610m2，主要屋面高度约41.0m，最高处56.62m。

宁夏大剧院造型取义“莲花盛世”，在13m以上外立面设计了外倾双曲面开缝石材幕墙，外倾双曲面幕墙犹如盛开的“莲花花瓣”一般。花瓣标准石材幕墙单体共20个，每个单体轴线间弧度为15.37° ，圆弧直径从13.9m标高80.71m渐变至35.68m标高106.188m，每个单体间连接为1.8m宽隐框玻璃幕墙。

花瓣石材、玻璃幕墙主体结构为墻面钢结构桁架，石材幕墙面层石材选用30mm厚芝麻白花岗岩，隐框玻璃幕墙选用8+1.9SGP+10+12A+8mm 中空夹胶钢化 Low-E 玻璃。单体石材幕墙中心底部位置为拱形造型玻璃幕墙，花瓣幕墙顶部为铝合金圆管组合造型，具体详见图2标准花瓣外立面详图。花瓣内侧为铝单板幕墙。

本工程花瓣幕墙体量大，如何实现花瓣幕墙系统钢桁架与双曲面石材的转换连接、及防水、保温施工难度大。同时，石材幕墙每个单元的石材，只有对应的两块为同一尺寸，其它均不相同，石材加工、安装难度非常高，需投入大量的人力、物力才能满足工程的需要。

2 花瓣石材幕墙构造做法

为实现花瓣幕墙系统钢桁架与双曲面石材的转换安全可靠性连接，采用背栓式可三维调节石材连接系统，钢横梁与立柱之间采用螺栓连接，幕墙立柱与主体结构的连接设计成弹性活动连接，以抵抗幕墙自身的变形位移，如图3石材与主体钢结构转换连接设计详图。

幕墙主立柱选用100×60×6mm钢方管，转角位置选用120×100×6mm钢方管，钢横梁选用L50×5mm角钢，材质均为Q235，表面均热镀锌处理，花瓣背栓式石材幕墙标准横节点详见图4。

跨层幕墙，层与层的立柱之间留有伸缩缝，以抵抗热变形，风荷载及地震作用影响。

玻璃幕墙与石材幕墙交接节点设计见图5。

加强特殊部位的防水设计，在花瓣内部钢龙骨穿透防水钢板时，在保证接口部位能满足位移和温度变形的同时，采用了专业的防水材料得泰条形盖片，很好的保证了幕墙的防水性。

3 施工工艺

3.1 工艺流程

石材翻样、石材加工、编号、运输至现场→测量、放线→脚手架搭设→抱箍、转接件的安装→幕墙主立柱安装→2mm铝板安装及横梁安装→补涂防锈漆→背栓式石材板块的安装→玻璃幕墙安装→幕墙清洁整理→验收→脚手架拆除

3.2 主要工艺介绍

3.2.1 石材翻样、加工

石材尺寸根据设计意图，采用三维1：1翻样，确保石材下料尺寸精准。

石材加工要精确，以免累计误差不能在安装时消除。加工完后无质量问题，及时进行编号，现场对石材进行尺寸和外观验收，以保证安装质量。

3.2.2 测量控制

根据坐标控制点和控制线，在标高28m标高屋面找出圆心，用全站仪根据坐标数据找出每一个花瓣的中心轴线，并找出花瓣上口外完成面的进出位控制线，统计花瓣轴线角度位移数据和进出位移数据，然后从上口向下打垂线，在地面上放出花瓣的墨线中轴线和进出位控制线。

在根据统计的花瓣大小数据，整合花瓣尺寸，将花瓣大小统一，并尽量消化花瓣的位移、大小偏差，然后放出花瓣的边口线，同时根据统计的上下宽度尺寸，放出从低到高处的放射状分格线，相应的也就确定了外幕墙的龙骨轴线，然后根据水平控制线、垂线以及弧度的垂直切线分格等高距放出横向龙骨的分格线。

3.2.3 脚手架平台的搭设

花瓣位置的施工脚手架采用俯视环形、截面阶梯状搭设，从花瓣根部向外延伸6m，高度至22m标高处开始搭设，所留部位搭设活动脚手架，便于拱形门的施工和进出材料。脚手架应按施工方案的要求放线定位。立杆下用截面200mm×50mm木垫板通长铺设，纵横距、步距均为1.5m，详见图7。

3.2.4 抱箍的安装

幕墙龙骨与主体钢结构之间采用抱箍连接方式，抱箍经专门设计，抱箍与结构采用螺栓连接，详见图8抱箍设计图，抱箍材料选用镀锌钢，螺栓为M12×40不锈钢连接螺栓。抱箍的安装应牢固，位置准确，抱箍与结构桁架接触面进行间断性焊接，抱箍上设镀锌钢转接件系统，镀锌钢转接件系统与主龙骨连接件采用三维可调螺栓。

抱箍安装标高偏差不大于10mm，与幕墙垂直方向前后距离偏差不大于10mm，平行方向的左右偏差不大于10mm。

3.2.5 幕墙主立柱安装

幕墙主立柱选用100×60×6mm钢方管，转角位置选用120×100×6mm钢方管，钢横梁选用L50×5mm角钢，连接配件均采用不锈钢，铝型材与钢材之间采用胶条隔离，提高结构的耐久性。

幕墙立柱是幕墙安装施工的关键之一，主立柱具体安装工艺如下：

（1）以中心轴线为基准轴，按照设计图纸位置要求向两侧排基准竖框。

（2）外竖向龙骨全部拉弯处理，并且整个花瓣竖向弧度分三段三个半径的弧拼接而成。将立柱与连接钢件连接，连接钢件再与抱箍连接，在立柱安装就位后做临时固定，待整体框架安装调试无误后，将连接螺栓、连接钢件。花瓣隐蔽杆件根据所定位轴线将连接件装配定位。

（3）不同金属的接触面应采用垫片作隔离处理。

3.2.6 铝单板及横梁安装

（1）石材接缝采用开缝，对防水有较高的要求，防水采用2mm铝单板，安装效果详见图9防水铝单板及横梁安装图。

（2）将横梁安装在立柱的预定位置上，要求栓接牢固、接缝严密。当安装完一

层高度时，应及时进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求。

（3）横梁龙骨安装顺序是从下往上。

3.2.7 背栓式石材板块的安装

采用背栓式石材幕墙，可实现石材的无内应力加工组合，连接强度高，节省强度值。同时安装简便，钢立柱连接支座可三维调节，易于调整，可无序安装，安装速度快，施工周期短。更换亦简洁易行。

（1）石材板块钻孔。背栓的直径为8mm，钻孔13mm。扩孔头15 mm，插入背栓并顶压后，背栓和石材间加胶垫。扩压环挤紧锥形孔的锥壁，形成机械嵌固，背栓固定后通过螺帽与连接件连接到龙骨上。石材板块钻孔的质量在保证背栓式石材幕墙安装质量的关键，在石材背部用金钻石钻头先钻圆；将钻头顺斜底部扩孔，用压力水冲洗作为冷却系统。

（2）安装铝挂件。通过铝合金挂件系统开模，解决了幕墙石材板块铝挂件之间柔性接触问题，降低了幕墙使用过程中的摩擦噪音。安装时，在横龙骨上的预定位置铺设胶垫，将铝制挂件放在胶垫上，用螺栓将挂件与横龙骨进行连接。然后根据控制线对挂件进行复核，调整挂件的立面直线度，达到要求后再固接并做防松处理。

（3）石材安装。安装顺序必须按照调配好的石材板号依次安装；石材上的铝制托板己在加工厂与石材上端槽口处加弹性胶垫塞紧，并施胶粘接好。现场只需平稳地将石材板块抬起，将石材板块上的铝合金挂件槽口对准横梁并缓缓插入即可。

用靠尺检查并调整石材的垂直、水平及进出位置。如果不符合安装精度要求，可调整横龙骨上的铝制挂件，位置正确后，进行固定。

石材面层的安装，慧鱼背栓件与钢结构通过304不锈钢螺栓弹性连接，整个花瓣为不规则双曲体，所以排版为平板折线，板块排序非齐头缝安装，属于错位插接安装。为了将版面安装控制在误差范围内，首先用等高线的形式安装中轴线上的石材版面，等高线的依据是水平控制线和折线点的垂线分格距的焦点来控制上下口的进出位，竖向中轴弧线的水平垂直线与横向弧线相切，用此线与分格点的垂线距离镜像调整左右进出位，以此顺次安装完成中轴线上的石材面板，然后左右同步按其分格安装面板，并用其相同半径的曲向靠尺根据三点定一圆的原理校正双曲变化值，严格控制缝隙在负差内、严格控制版面弧度变化值。板材与龙骨连接用慧鱼背栓以及配套三联三维调节铝合金背栓件，所有紧固件均为304不锈钢材质A2～70的螺栓。

3.2.8 隱框玻璃幕墙安装

根据设计图纸，进行花瓣间、中心底部位置拱形造型玻璃幕墙龙骨及玻璃安装，见图12花瓣间、拱形造型玻璃幕墙龙骨安装，并对玻璃幕墙和石材幕墙交接处收口处理。

4 结束语

宁夏大剧院外倾双曲面幕墙主体钢结构桁架变形较大，同时幕墙竖向倾斜角超过60度，石材重量较大，石材龙骨除了受到剪切力作用，同时受到较大拉力作用，不利于整个龙骨体系的稳定性，背栓式石材幕墙作为一种新型幕墙，通过本项目的应用得到升华，可以推广背栓式石材幕墙应用，提高石材幕墙的耐久年限，节约成本和工期。