大跨度双曲面鳞片式铝单板安装技术

张永军 甘肃一安建设科技集团有限公司高级工程师

陈学平 甘肃一安建设科技集团有限公司工程师

王小平 甘肃一安建设科技集团有限公司高级工程师

厚苏伟 甘肃一安建设科技集团有限公司工程师

一、工程概况

本项目位于甘肃省兰州市西固区河口古镇，是中法联合设计的大型水幕秀场，建筑外形独特，由两部分贝壳式网架组成，整体呈半椭圆形，高30 m，跨度96 m。屋面系统包含双曲面鳞片式（统称鱼鳞板）铝单板装饰层、铝镁锰金属面板层、防水层、支撑层、檩条、吸音层和底板。本项目的直立锁边金属屋面系统是一种具有防水功能的新型、先进屋面系统，其最外层鱼鳞板能呈现出项目的整体造型。（图1）。

图1 金属屋面及安装后效果

二、屋面的特点与难点

本工程金属屋面板采用直立锁边固定方式，整个屋面没有螺钉外露，不但美观、整洁，而且杜绝了成千上万个螺钉孔造成的漏水隐患。最外层鱼鳞板系统采用在铝镁锰板直立锁边防水基层上用卡接万向式铝合金转接装置固定铝合金圆管作为支撑系统，支撑系统使用可变角度挂钩式活动转接翼固定鱼鳞板。鱼鳞板间咬合是否紧密成为整个屋面系统能否抵抗风荷载的重要因素。施工时咬合不紧密或咬合遗漏，此处则成为抗风的薄弱环节，遇瞬时强风时易掀起。而如何保证准确定位、整体平整度、鱼鳞板板面的线条流畅性，是本工程施工的难点[1]。同时，本工程金属屋面施工高度在20 ～33 m，属于高空作业，因此做好相关安全保护措施确保工人施工安全成为本工程的一大重点。

三、施工技术难点与解决措施

1、深化设计保证

本工程金属屋面深化设计的重点在于金属屋面构造与选型、构造层数是否合理，材料选用及技术指标能否满足工程需要；同时，针对关键节点设计要求和特点，在设计及施工过程中需采取合理的防风、防雨、隔热、吸声措施。因此，金属屋面系统关键部位深化设计工作量大，深化设计要求高，是工程设计及施工的最大难点。针对本工程屋面的结构形式，运用犀牛软件，配合Grasshopper 参数化建模插件，对整个建筑的外观造型进行建模，并定位屋面上各点坐标，对不满足屋面功能要求及建筑审美要求的局部通过调整檩条和支架高度，使建筑造型更趋于优美。

2、测量定位

本工程屋面外形属于异形空间曲面，屋面整体造型的控制是本工程的关键，如何精准测量定位是整个金属屋面工程能高质量完成的基础。测量主要内容包括土建及钢结构施工控制网复核，金属屋面施工控制网的建立及竖向传递，屋面系统标高控制等。金属屋面系统为整个工程的重点分部工程，由整个工程的一体性和施工工序紧密衔接所决定，屋面施工测量必须建立在钢结构施工测量的基础上，通过双方起算数据的统一、控制网和轴线方向测站点的相互检验和数据共享，以保证后续工程施工顺畅进行。

施工过程中采用全站仪放点，结合经纬仪放线的方法在底板铺设前在结构主檩条上测设底板铺设边线来控制工程钢结构空间尺寸；屋面板支托在利用犀牛软件对屋面排板进行分析的基础上结合CAD 等绘图软件计算位置坐标，采用全站仪现场放样模式进行制作安装定位[2]。

3、底板安装

底板安装前应先在檩条上弹出底板安装边线，然后进行底板安装，底板安装边线以纵向或横向轴线为基准，沿纵向或横向轴线量出底板边线上的两点，两点连线即为底板安装边线。每隔10 块板测放一条底板安装复核线，安装时通过底板安装复核线及时调整底板误差，底板误差每10 块板不超过10 mm 时，可在下一步安装过程中通过10 张板进行调节，如果误差超过10 mm，已安装的底板必须返工，重新安装。底板安装完成后，应将屋面的纵横轴线弹在底板上，以便作为后序工序安装时的控制线。

4、支托安装

铝合金支托的施工是屋面板施工的关键程序，因其直接关系到屋面板能否顺利安装、屋面板的抗风能力是否合乎标准、整体屋面的外观及弧度能否达到设计要求。施工前采用经纬仪，将轴线引测到檩条上表面，作为铝合金支座安装的纵向控制线。之后，根据全站仪投放关键部位支托的三维坐标，用于控制整体弧度及曲线度，尤其是第一排铝合金支托安装将直接影响后续支座的安装精度，因此安装第一排支座位置时要多次复核定位。

5、面板安装

固定支座是屋面面板的支撑件，是屋面荷载传递到檩条的受力构件。其安装质量直接影响屋面板的抗风性能，面板固定座安装误差还会影响铝合金屋面板的纵向自由伸缩及屋面板的外观，在施工过程中要严格控制支座的水平位置偏差、倾斜角度、及平面角度，确保屋面的整体造型。（图2）

图2 固定座与面板安装形式

面板安装前，先用经纬仪测放出一条面板安装控制线上的定位点，点位间距以相互能通视为宜，然后将经纬仪架设在已知控制点上，弹出面板支架控制线，控制线测量完后再测放2 条复核线。直板区面板支架施工时，为了减少测量工作量，以控制线为基准，用特殊标尺确定每一排面板支架位置，支架安装到复核线时检查支架位置偏差，如果不超规范要求，以后安装时需要调整误差。

6、屋面装饰系统（鱼鳞板）安装

（1）鱼鳞板信息化加工技术

鱼鳞板的加工与安装是本工程金属屋面建设成败的关键影响因素，利用BIM 软件对设计阶段建立的BIM 模型中的每块材料位置进行编号，编码信息贯穿材料的设计、加工、运输、安装等各个阶段。在加工过程中，利用BIM 模型提供材料加工尺寸、专业工厂定制加工的方式进行材料加工，解决材料在整个过程中易混淆的问题。

（2）无穿刺安装技术

在鱼鳞板无穿刺固定安装技术中，使用专用固定件卡接万向式铝合金转接装置的锁夹部位夹在铝镁锰板肋上，卡接万向式铝合金转接装置的铝合金龙骨底座支托与锁夹通过不锈钢螺栓进行连接（图3），利用静摩擦力原理成功实现了无穿透固定，从而可以减少金属面板的漏水隐患。

图3 无穿刺安装

（3）弹性结构技术

鱼鳞板系统所有主要构件均可滑动，系统整体结构具备弹性结构性能，解决了大体量金属幕墙因温度变化、震动、风压等原因导致的结构位移变形。

（4）单板块易拆卸技术

鱼鳞板采用了单板挂接的方式，拆卸时可将铝板固定螺栓取出，铝板上推，使挂钩脱离骨架型材即可拆卸，方便维修、更换。

四、结语

大跨度双曲面鳞片式铝单板安装质量直接关系到工程最终的呈现效果，笔者通过采用一系列技术手段解决了质量与安全方面的难题，实践证明本项目采用的施工技术可以在相关领域展开推广，为类似工程提供一定的施工经验。