石材蜂窝板倾斜幕墙施工技术研究

2021-03-09

中国建筑金属结构 2021年2期

1.工程概况

本文工程案例平面呈“凹”字形，立面构造呈蘑菇造型，地上结构共7 层，建筑面积约39561.7m2，总高度34m。外装包括玻璃幕墙和石材幕墙，其中石材幕墙采用石材蜂窝铝板（8mm 石材+20mm蜂窝铝板），总工程量约12000m2。由于主体结构设计为内外倾斜，每面幕墙倾斜度不一致（主要有70°、87°、93 °、94 °、95 °、96 °、97 °、99°、103°、107°等，其中小于90°表示内倾、大于90°表示外倾），每面幕墙须保持统一倾斜度，且不同倾斜度幕墙之间交接面须达到平滑顺直，对幕墙龙骨安装、石材蜂窝板材尺寸确定、板材背栓干挂施工精度等均提出较高的要求。

施工过程中，通过采用BIM 技术对幕墙龙骨制作安装、石材加工制作等进行深化排版设计，现场安装前采用激光水平仪和测量机器人进行测量控制，尤其是各面幕墙交接位置，保证了各面幕墙的倾斜度统一和交接面平滑顺直。

2.BIM 技术

BIM 技术是近年来在建筑业中的热门话题，它是以建筑业信息化为立足点，根据二维设计图纸进行建立BIM 模型，并可以进行多专业的模型碰撞检查，避免了由于个人专业能力以及思维考虑不周等所带来的局限性，真正做到“所见即所得”。在施工中，可以通过BIM 模型进行虚拟施工，完善施工方案、合理组织施工资源，并针对施工进度、成本等进行合理、有效管控，降低了施工管理难度，节约了施工成本。可以说，BIM 技术在建筑业中已经掀起了一场技术革命，获得了越来越多建筑从业人士的青睐[1,2]。

图1 外装幕墙模型示意图

在本文工程案例中，通过采用Revit软件建立幕墙BIM 模型，调整幕墙分格和幕墙缝隙大小，确定每块蜂窝石材板的尺寸大小并进行编码，并根据模型直接出图发送工厂进行加工，确保加工准确性和效率。对于每面幕墙主次龙骨的位置以及角度问题，均提前在BIM 模型中进行集中体现，明确每根龙骨的位置和角度，尤其是幕墙交接面龙骨处理，通过模型更能得到直观形象的体现，按照模型进行现场龙骨的加工和安装，避免出现施工差错（见图1）。

3.测量机器人技术

测量机器人，又称自动全站仪，是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台。其主要应用于地形地貌测绘、变形监测预警等方面[3,4]，近年来随着科技的发展，也逐渐应用于复杂的建筑结构施工。在本工程幕墙施工中，采用了测量机器人对每面幕墙收口板材和龙骨安装位置进行自动扫描，采集三维数据后反馈到BIM 模型中，复核BIM 模型的精度并根据现场实际情况进行微调，确保后期石材加工和安装精度。

4.激光水平仪

激光水平仪是一种智能化显示装置仪器。激光水平仪是将激光装置发射的激光束导入水准仪的望远镜筒内，使其沿视准轴方向射出的水准仪。激光水平仪可安装于运动物体上，采集地平仪信号，在较大的视场显示地平线，实时显示出物体的运动姿态。激光水平仪与光学水准仪相比，具有精度高、视线长和能进行自动读数和记录。

本文工程案例在施工放线过程和安装调试中采用激光水平仪配合测量机器人进行测量控制。

5.现场施工

本文工程案例石材幕墙采用开放式石材蜂窝铝板幕墙，幕墙石材采用背栓干挂的形式，接缝处采用不打胶的工艺，通过开缝让石材幕墙背后的空气层能够顺畅地流通，可以起到良好的绝热及吸声效果，且在空气层流通的过程中可以将冷凝水挥发掉，具有保温节能、抗震、易于维护以及美观大方的特点。幕墙面材采用28mm 厚石材蜂窝板（8mm 石材+20mm 铝蜂窝板），主次龙骨采用镀锌钢材，防水层采用2.5mm 厚铝单板；埋件采用Q235B 钢板（10mm 厚），锚筋采用HRB400（直径12mm），埋件与主体施工同步预埋；龙骨通过镀锌连接件与主体结构，面材采用铝合金挂件，背栓形式固定在龙骨上（见图2）。

5.1 主龙骨安装

根据龙骨结构图进行加工安装，按照放样基准线和基准面，调整好与主体结构距离。主龙骨采用钢方通立柱，通过两块槽钢连接件与预埋件焊接连接，钢立柱与槽钢采用螺栓预连接，调整好钢立柱的倾斜角度后进行焊接固定。不同倾斜度幕墙交接面处主龙骨碰撞时以较长主龙骨为主，较短侧主龙骨进行有效固定后切割处理。主龙骨的安装工程量大、施工精度要求高，龙骨沿悬挑形成的结构上下倾斜度应在一条线上，放线过程采用激光水平仪进行测量控制，幕墙交接面处龙骨安装可采用测量机器人辅助，确保龙骨安装倾斜度满足要求。

5.2 次龙骨安装

竖向次龙骨采用钢方通，通过钢方通连接件与主龙骨焊接连接。横向次龙骨采用角钢横梁，在次龙骨立柱上测出横梁的定位线，用水准仪测出钢横梁标高。在垂直面上，必须保证竖向次龙骨均在一条竖线、横向次龙骨也在一条水平线上。角钢横梁与次龙骨钢方通之间采用焊接固定。焊接作业过程中，应对下方和邻近的已完装饰面进行成品保护。

5.3 外墙保温及防水施工

外墙保温采用轻质节能复合墙板，并通过角钢固定安装在幕墙主龙骨上。防水施工采用2.5mm 防水铝单板作为防水屏障。铝单板在安装前要预先把固定背栓挂件的螺栓位置开孔，把固定背栓挂件的螺栓的螺栓帽焊接在横梁上，要用自攻自钻螺钉固定，螺钉头用耐候胶密封。

5.4 铝合金挂件安装

龙骨挂件按照先下后上的顺序安装，并对挂件中心线进行校核。安装龙骨挂件的同时，应按设计要求进行防雷体系的可靠连接，均压环与主体结构避雷系统相连接。石材蜂窝板生产加工时，按照设计要求开孔并预埋螺母，用大力胶与石材蜂窝板固定。石材蜂窝板与铝合金挂件连接采用M8 不锈钢螺栓固定，并通过调节垫片进行紧固。

5.5 石材面板安装

图2 石材蜂窝板安装节点示意图

石材安装前先用钢丝拉出理论完成面以便于控制石板安装的进出位置，保证安装后石材平面平整度。安装时，将铝合金挂件直接扣在龙骨上，再通过挂件顶部顶丝的微调调节高低保证石材接缝高度差符合验收规范要求。石材安装由下向上进行，对挂好的每一块石板均进行水平度、垂直度、平整度检测并及时调整。

5.6 层间防火封修及收口

在每层楼的楼板顶标高处，沿外墙四周设一道层间防火封修，因外墙石材内表面距外墙有空隙，为防止火灾发生后火势从此处空隙向上层漫延，故此设层间防火隔离带，材料采用1.5mm 厚镀锌钢板和100mm 厚防火保温岩棉板，镀锌钢板一端用射钉固定在主体结构楼板上，射钉间距300mm，另一端搭在纵向角钢龙骨上。室内防火隔层安装严实、平整。