陶土板新型鱼刺龙骨技术及应用

许斌

（中铁建设集团有限公司北京中铁装饰工程有限公司，北京 100040）

0 引言

陶土板作为一种新型材料，越来越多地出现在各类建筑当中，其由天然陶土经过高压挤出成型，再由高温烧制而成。陶土板具有100%可回收利用的环保特性，3%～5%的吸水率保证了其良好的抗冻融性，板面空隙结构大大降低自身重量，30 mm厚的陶土板自质量仅为35～45 kg/m2，同时其颜色比较丰富，色差较为稳定，是一种施工便捷、应用前景广阔的幕墙材料［1-2］。

北京朝阳站站房幕墙工程大量采用陶土板为装饰面板，陶土板幕墙由许多板块组成，自身是相对独立的，整体设计风格源于北京灰砖灰墙，陶土板颜色分为深灰、中灰、浅灰3种颜色错缝排布。为了最大地实现幕墙设计需要，无论是水平安装、横向安装、竖向安装，务必要保持幕墙立面整体连贯，使得陶土板风格一气呵成。

基于陶土板幕墙在北京朝阳站的成功应用，对其采用的陶土板新型鱼刺龙骨体系的设计要点进行分析，对其施工应用进行总结，为相关工程提供借鉴。

1 工程概况

北京朝阳站位于北京市朝阳区，站房主体建筑轴线间南北宽518.3 m，东西宽240.0 m，站房建筑高度45.1 m，站房建筑面积18.3万m2，屋架采用钢管混凝土柱+空间钢桁架结构体系，幕墙总面积约为53 000 m2，陶土板幕墙标高为10 m，陶土板面积约为9 800 m2。

陶土板幕墙使用30 mm 厚陶土板，模数分别为1 000×250、1 000×90、1 000×160，主 立 柱 龙 骨 为80 mm×60 mm×4 mm 镀锌方钢管，陶土板通过定制挂件，分别在陶土板的上下4个点固定在横龙骨上（L50×5热镀锌角钢），陶土板颜色分别为深灰色、中灰色、浅灰色3种，整体错缝布置。为表达出老北京城墙的设计理念，陶土板幕墙龙骨错综复杂，施工难度极大。陶土板幕墙完成效果见图1。

图1 陶土板幕墙完成效果

2 陶土板龙骨体系设计要点

陶土板幕墙系统在设计初期经过讨论研究，总结设计注意要点，用以指导陶土板龙骨体系的设计。

2.1 龙骨体系分析

陶土板幕墙原图纸按照传统安装方法（见图2），先安装主龙骨，再安装横龙骨，由于设计要求需分格错缝，导致整个体系钢材用量极大，对安装要求提出了更高的要求。由于北京朝阳站工期紧、任务重、施工作业面移交晚，极大影响龙骨的上墙时间和施工效率，增加了现场安装的难度。

图2 传统龙骨体系安装方法

原设计方案陶土板龙骨体系为构件式框架体系，立柱使用矩形钢管，横梁使用L50×4角钢，陶土板荷载通过挂件传导至横梁，再由横梁传导至立柱。此系统实用性强，龙骨密度较大，满足了大跨度和承受水平力的要求。但是此系统缺点也很明显，陶土板分格极为零碎，横龙骨用量极大，上墙安装后的水平及焊接质量很难控制。

根据陶土板排板设计的特殊性，针对龙骨体系进行深入研究，对龙骨大小及安装方式适当优化调整。将所有横龙骨采用断开不通长的形式，横龙骨长度260 mm。对具体断开和安装方式进行了多方面的计算和研究。

对横梁的各种强度进行校核，校核依据：Umax≤L/300，且满足重力作用下Ugmax≤L/500，Ugmax≤3 mm。横梁在各种荷载组合作用下的强度校核见表1［3］。通过结构计算可知断开横梁龙骨形式满足应力、抗剪强度、横梁挠度要求。断开横梁龙骨形式体系见图3。

表1 横梁在各种荷载组合作用下的强度校核

图3 断开横梁龙骨形式体系

2.2 断开横梁龙骨形式体系的经济性

断开横梁龙骨形式体系，因其横梁分段节省了角钢的长度，具有明显优势，可以最大限度节约钢材用量，同时具有一定的标准化单元特征。主龙骨与次龙骨在加工区组成预组装，可提高施工效率，保证焊接质量，提高加工精度。在现场没有工作场地的前提下，提前预制加工，可节省作业时间，更便于现场施工。

3 鱼刺龙骨加工系统

3.1 加工方案

面对错综复杂、排列顺序各异的陶土板，龙骨加工和安装成为了施工的关键。因此，工程实施中放弃了以往单根龙骨加工、上墙安装的固有模式，结合项目特点，现场施工环境复杂，影响施工作业面。因此，提出鱼刺龙骨加工方案，根据绘制放线图纸的帮助，绘制不同编号的龙骨加工图，所有龙骨在加工区加工成单元板块，并且进行逐一编号，确保了龙骨安装的准确性，实现了幕墙龙骨预拼装［4］。

3.2 加工质量控制

龙骨加工采用焊接的形式，考虑横龙骨多、焊接量大、焊接变形大、操作误差等各种因素，最终确定鱼刺龙骨的钢龙骨体系尺寸［5］。根据鱼刺龙骨体系深化设计定尺预拼装加工平台，确定竖向主龙骨和横向次龙骨位置。鱼刺龙骨加工平台见图4。

图4 鱼刺龙骨加工平台示意图

为保证焊接变形较小，焊接前将主龙骨放置在加工平台上，用钢方管焊接成的限位卡件固定每个横龙骨所在的位置，然后进行焊接作业。焊接时，先由2名焊工从两端向中间同时点焊，点焊完成后再统一满焊；过程中如出现略微的焊接变形，通过千斤顶拉线进行调平。每套加工平台在完成30 套鱼刺龙骨加工后，由质检员对加工尺寸进行复核，检查变形程度是否在误差允许范围内，根据工程实数统计，所有鱼刺龙骨加工完成后，误差均能满足要求［6］。

为了保证鱼刺龙骨的防腐性能，钢龙骨体系焊接完成后，统一清理焊口焊渣后经质量工程师验收，验收合格后，在材料码放区统一涂刷2遍不同颜色的防锈漆，此做法方便质量监督验收，加工区焊接提高加工效率及质量。可提前展开工人施工，为后续施工生产提供先决条件。

4 鱼刺龙骨整体吊装

鱼刺龙骨根据不同位置，所采用的龙骨规格大小不同，大规格鱼刺龙骨采用吊车进行辅助吊装，小规格鱼刺龙骨采用单独的卷扬机整体吊装，施工人员在脚手架上人工就位并对单元式鱼刺龙骨进行与预埋件的焊接连接（见图5）。

图5 鱼刺龙骨吊装示意图

在鱼刺龙骨上设置标高控制点，鱼刺龙骨吊装时，边角部位距两侧控制线的距离一致、水平标高线与鱼刺龙骨上的标高控制点重合时，鱼刺龙骨位置符合要求，即可将转接件与主龙骨之间进行焊接连接。鱼刺龙骨安装上墙见图6。

图6 鱼刺龙骨安装上墙

5 陶土板挂件安装

陶土板挂件是在厂家原有系统基础上进行改进，铝合金挂件的定位、安装是可更换陶土板幕墙安装中至关重要的一环，位置准确与否直接关系到陶土板幕墙的外观效果。通过带齿的20 mm×20 mm×3 mm方铝板和带齿铝合金陶土板挂件（见图7）啮合用螺栓连接在鱼刺龙骨角钢上，可以保证陶土板水平板块方向的调整。

先将铝挂件用螺栓连接在鱼刺横龙骨热镀锌角钢上，陶土板就位后，然后将陶土板从下往上依次安装，由于站房龙骨干挂高度较高且复杂，可以分区段同时进行。利用水平尺来检验陶土板的平整度，利用铝挂件上的螺栓来调节陶土板位置，确认无误后，拧紧螺栓即可。调整后挂件的优点，上下可调节5 mm 偏差，进出可调节7 mm偏差［7］。加大了调节量，可确保陶土板安装的平整度。挂件底口与陶土板上口有更换空间，陶土板更换更方便。

图7 陶土板铝合金挂件及分解

6 结束语

鱼刺龙骨在北京朝阳站的施工过程中起了关键作用，不仅在有限的工期节点内完成了施工任务，并在多次检查中，陶土板幕墙的效果和鱼刺龙骨的工艺得到高度认可。北京朝阳站站房陶土板的应用显现了北京传统历史气息，是古代建材在现代的发展和延续。采用鱼刺龙骨不仅提高了施工效率，还保证了施工质量。单元式龙骨工厂化预加工，使复杂的工序简单化，不仅解决了施工难度大的问题，同时还降低了施工成本，丰富了幕墙龙骨设计施工方面的技术储备［8］。