高大空间双向弧形吊顶与钢结构转换连接工艺研究

史利波

（山西建投集团装饰有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着国家经济实力的增强，我国大跨度空间结构得到了快速发展，展厅、航站楼等重要场所的空间高度和跨度不断增加，且大型建筑的空间装饰装修逐渐多元化，为取得更好的装饰效果，高大空间管桁架屋面中逐渐开始应用双曲格栅吊顶，目前，我国还未有在大空间钢结构吊顶方面的系统研究和相关技术标准，对大跨空间结构屋面吊顶的研究尚属起步阶段，无论是在装饰装修美观方面，还是整体结构安全稳定方面，施工单位都需要在技术上不断研究，在质量上严格管控，使大空间建筑项目吊顶的装饰装修具备更高规格的质量和使用效果[1]。

1 工程实例

潇河国际会展中心中间组团，总建筑面积约9.6m2，地下1 层、地上2 层（局部设夹层）结构。一层东登录厅顶面为高大空间弧形金属铝条板，金属铝条板规格为100mm×25mm×0.7mm，颜色为白色哑光，防火等级为A 级。东登录厅面积3 070m²，长度97.5m，宽度58.4m，弧形吊顶最低点17.28m，最高点23.8m。该工程应用了高大空间双向弧形吊顶与钢结构转换连接施工工法，施工的铝合金格栅吊顶造型达到双曲效果，弧度流畅美观层次分明，结构安全牢固。

2 钢结构转换连接工艺概述及优势

不规则双曲面的吊顶造型省内无先例，弧度流畅、层次分明、排列整齐的金属铝条板对施工和材料加工都提出了极高的要求，需要运用BIM 技术进行辅助施工，对其施工节点做法、标高、排版等进行提前排布深化。通过对绞架形式进行研究、试验，最终确定了施工工艺，采用直径400mm 圆盘专用转换绞架与屋面为管桁架结构预留吊环连接，400mm 圆盘下方设置3 根M20 吊杆与定制连接板与两根主龙骨交叉连接，如图1 所示。

图1 M20 吊杆与定制连接板与主龙骨交叉

主龙骨通过连接耳板与定制连接板连接（两根主龙骨接头处断开，使两根主龙骨可呈交叉状态，如图2 所示），通过定制连接板调整主龙骨与副龙骨采用L 型连接件连接，转换层副龙骨采用“Z”字形连接件与铝合金卡齿龙骨进行连接，通过调节“Z”字形连接件的角度实现铝条板南北向起弧（东西向通过铝条板滚压加工实现起弧）。主龙骨的角度及标高。

图2 主龙骨交叉状态

图3 双曲面吊顶节点（一层东登录厅、二层交通厅）

工艺优势：（1）安全施工。本工法采用直臂升降车进行施工作业，放弃传统脚手架搭设方式，大大降低了作业的施工风险，对作业环境的安全起到良好的保障作用。（2）安装质量。该工法从每个工艺连接件到图纸节点深化再到现场施工各部位尺寸精准控制，最大偏差控制在2mm 范围以内，利用BIM 技术对各部位精准定位提高安装精度，提高整体观感质量。（3）施工进度。高大空间双向弧形吊顶与钢结构转换连接施工工艺在省内并无先例，该工法借助BIM 技术在施工前将模型建立完成，相关连接件、金属铝条板等材料可提前进行加工，大大节约了材料加工时间，安装采用连接件柔性连接大大降低了结构的空间变形对其影响，对加快施工进度起到关键性的作用。

3 双向弧形吊顶与钢结构转换连接工艺应用

3.1 吊顶安装的准备

（1）基础验收。以图纸要求为准，检验基础的质量；按照规范办理基础施工和钢结构施工的交接验收，确保基础的轴线标志和标高基准点准确且稳定、钢结构的强度达标。

（2）檩条的检查。确定适宜的构件悬吊吊点，对于腹板宽厚比大、侧向刚度小的构件，采取防扭曲、防损坏措施，确保构件在吊装中不出现异常；定构件的捆绑部位和悬吊部位，避免因此类部位的位置选择不合理而出现构件局部变形、受损问题；禁止在主要受力部位焊接其他结构物，且禁止用已安装的构件起吊其他重物；钢架施工时及时布设支撑，为提升钢架的稳定性，可增设缆风绳；支撑、C 型檩条等构件安装到位后，检测几何尺寸，存在偏差时校正[2]。

3.2 施工工艺要点

3.2.1 放线测量

因不规则双曲面的吊顶造型省内无先例，弧度流畅、层次分明、排列整齐的金属铝条板对施工和材料加工都提出了极高的要求，需要运用BIM 技术进行辅助施工，对其施工节点做法、标高、排版等进行提前排布深化。

中展东登录厅顶部为管桁架结构，在测量放线前，运用BIM 模型提取管桁架上、下弦标高，作为吊顶完成面控制依据。测量管桁架吊钩标高，采用定点放线方法，对现场实际标高进行测量。BIM 模型提取的吊钩标高与现场实际标高对比，测算高差，针对误差通过转换层及专用龙骨调整修正。将现场测量数据与结构模型相比较，修改实际尺寸模型，便于后期在装修施工时，模型数据与现场实际尺寸相吻合，让模型与现场尺寸做到统一，数据真实有效[3]。

测放吊顶标高及龙骨位置线，用水准仪准确找出吊顶设计标高位置，以弹墨线的方式在四周墙上确定吊顶标高控制线。各条线均要准确、清晰，作为施工的参照。随后，根据吊顶排版图在楼板测放龙骨位置线。从吊顶中心开始布设龙骨，逐步向两边推进，最大间距不超过120mm；根据龙骨位置线标出吊杆的固定部位，通常以900～1 200mm 的间距设置吊杆，与龙骨端头的距离不超过300mm，必要时适当增加吊杆间距，例如遇到较大设备或管道时，间距需超过1 200mm，且为了精准控制吊杆间距可设置型钢扁铁。

3.2.2 转换层骨架

（1）一层西登录厅、票务中心、办证服务吊杆长度大于1 500mm，应设置反向支撑杆。反支撑采用50mm×50mm×5mm热镀锌角钢，间距1 200mm，吊杆用金属膨胀螺栓稳固至楼板上，M12 金属吊杆做防腐处理，要求吊杆耐腐蚀且承载能力稳定可靠。吊顶上的检修口、灯具及其他设备均要用独立吊杆安装，禁止将设备直接布设在龙骨吊杆处，以防龙骨吊杆因承受能力不足而发生异常。构件安装时产生的焊接部位易锈蚀，也需防腐。

（2）根据投标图纸深化设计团队对金属条形板吊顶节点进行优化并结构计算（按照面荷载5kg/m2计算），9m 跨主檩条用C 型钢200×70×20×2.5，Q235 钢，6.4m 跨主檩条用C型钢120×60×20×3.0，4.5m 跨次檩条100×50×20×2.5，间距是1 200mm。

（3）一层东登录厅、二层交通厅屋面为管桁架结构，安装时采用直径400mm 圆盘专用转换绞架与管桁架吊环连接，专用绞架与M20 吊杆连接，M20 吊杆与6.4m 跨主龙 骨（C 型 钢120×60×20×3.0）、9m 跨主龙 骨（C 型 钢200×70×20×2.5）采用转换绞架进行连接，调整高度，主龙骨间距随管桁架挂钩分别为间距6.4m、间距9m。安装主龙骨时采用直径400mm 圆盘转换绞架与管桁架吊环连接，圆盘绞架下设置M20，M20 吊杆与主龙骨采用转换绞架进行连接，如图4所示。

图4 主龙骨采用转换绞架进行连接

（4）屋面为钢架球节点时需用10mm 厚钢板抱箍进行连接，后续步骤同管桁架结构施工。

3.2.3 安装配套龙骨

（1）通过螺栓、吊杆将配套龙骨与转换层连接，龙骨间距控制在1 200mm。龙骨端部悬挑达到300mm 及以上时，增设吊杆。由于尺寸要求而对配套龙骨做接长处理时，禁止采取搭接措施，适宜方法是用专用连接件对接。为维持配套龙骨的稳定性，每段的吊挂点至少达到两处。配套龙骨安装完成后，拉通线进行弧度调整，弧度符合图纸要求[4]。

（2）对于弧度较大的吊顶，仅靠随结构、转换绞架进行调整不能满足弧度要求；转换层副龙骨采用“Z”字形连接件与铝合金卡齿龙骨进行连接，通过调节“Z”字形连接件的角度实现铝条板南北向起弧（东西向通过铝条板滚压加工实现起弧）。

3.2.4 安装铝条板

金属铝条板需在测量放线后由厂家使用犀牛软件建立金属铝条板天花排版下料。厂家在下料时需根据图纸间距及吊灯位置进行排布（金属铝条板间距100mm，与吊灯间距300mm），转换层施工完成后厂家复测。

安装人员双手托起铝条板，依次将两边压入龙骨的卡槽。铝条板卡入龙骨后，用插板进行调整，直至与邻板保持平齐为止。插板插入板缝时，应做到位置准确、稳定可靠。施工从空间的一端开始，逐步向另一端推进，有条不紊地施工，最终完成面为弧形，如图5 所示。

图5 弧形成品图

3.2.5 清理

施工全程金属饰面板的保护膜需保持完整，起到防护板材的作用。交工前，确认无外部因素的影响后方可撕去保护膜，用专用清洗剂清理板面。

4 质量控制

4.1 允许偏差及检验方法

（1）主控项目

①吊顶标高、尺寸、起拱和造型应符合设计及标准要求。

检验方法：观察；尺量检查。

② 铝条板材质、尺寸、规格、颜色及厚度应符合设计及标准要求。

检验方法：观察；检查产品合格证书、性能检测报告、进场验收记录和复验报告。

③吊顶的吊杆、配套龙骨和铝条板的安装必须牢固，分隔方式及分块尺寸。分格缝宽度应符合设计及标准要求。

检验方法：观察；手扳检查；尺量检查。

④ 吊杆、龙骨的材质、规格、安装间距及连接方式应符合设计要求。金属吊杆应经过表面防腐处理。

检验方法：观察；尺量检查；检查产品合格证书、性能检测报告、进场验收记录和隐蔽工程验收记录。

（2）一般项目

①铝条板表面应洁净、色泽一致，不得有翘曲、裂缝和缺损。铝条板与配套龙骨的搭接应平整、吻合，板缝应平直、宽窄一致。

检验方法：观察；尺量检查。

② 铝条板上的灯具、烟感器、喷淋头、风口算子等设备的位置应合理、美观，与铝条板的交接应吻合、严密。

检验方法：观察。

③龙骨的接缝应均匀一致，表面应平整，无翘曲、锤印。检验方法：观察。

（3）允许偏差

采用2m 靠尺与塞尺对金属铝板条吊顶进行检验，具体检验方法及偏差见表1。

表1 偏差及检验方法

4.2 质量控制措施

（1）转换层施工前根据提供的标高点进行放线，沿墙部分标高点弹至墙面。（2）圆盘与结构耳板连接时采用M16 双螺母，双向增加弹簧垫片和平垫片各一个。（3）圆盘下吊杆与主龙骨连接下部采用双螺栓紧固。（4）主龙骨与副龙骨连接时保证“L”件垂直于地面，上部用双螺母紧固。（5）安装转换层骨架时应按照每个吊环位置经计算的设计标高施工，吊环间型钢起弧依据BIM 模型计算结果分段以软连接方式过渡，逐步消除管桁架标高的误差。（6）卡齿龙骨与副龙骨连接时合理控制间距，间距1 200mm。（7）铝条板安装必须按排版图对应条板编号施工；铝条板端头应平齐、空缝一致，采用激光直线仪检查；（8）铝条板安装调整到位后，按下防风扣。防风扣尽量减少开闭动作，避免折断；（9）安装金属铝条板时注意板边离墙体距离一致，不得出现板边不齐现象。

5 双向弧形吊顶施工质量问题及措施

5.1 吊顶不平

（1）原因分析：测量放线不准确、龙骨未拉通线调平时均易引起吊顶不平的问题，甚至出现波浪形状，例如在龙骨未满足平整度要求时便贸然安装铝条板，在结束安装后进行调平时将导致局部受力不均，从而出现波浪形状。此外，灯具、设备等直接吊挂在配套龙骨时，设备的重力作用过强，配套龙骨的承受能力有限，也将由于受力作用而出现局部变形现象。吊杆安装不稳定，无法维持正常形态，吊顶局部下沉。铝条板运输时挤压变形，导致吊顶不平，或在安装时未与配套的插板稳定连接，出现错台现象，导致顶面不平[5]。（2）预防措施：在墙面准确测放吊顶四周的标高线，尽可能减小测量放样的误差。若跨度较大，于中间增设标高控制点。铝条板安装前检查龙骨，必须在龙骨调直、调平后方可安装。禁止直接在吊顶的吊杆上安装设备及灯具，需增设吊杆并与结构稳固连接。配套龙骨需在调直后才可安装，要求铝条板保持平整、稳定。为满足灯具安装、通风等要求而在配套龙骨上预留孔洞时，其布设位置必须合理，并对局部节点做加固处理，视结构特点增设连接件和附加龙骨，以防铝条板变形。所有投入使用的铝条板的切割角度均要合理，每条边均要平整，以免出现接口露白、接缝不平等问题。若采用膨胀螺杆固定吊杆，需加强对隐蔽工程的检验，且尤其需要关注的是关键的受力部位，经过抗拔试验后判断螺栓是否稳定可靠。

5.2 吊顶与设备未正常衔接

（1）原因分析：各专业的配合不当，例如装饰专业与设备专业未有效配合，引起衔接异常现象；施工顺序不合理，无法将吊顶与设备正常衔接。（2）预防措施：孔洞尺寸较大时，根据设备规格确定合适的作业参数，在衬板安装后方可进行吊顶施工；孔洞尺寸较小时，拉通长中心线并以此为基准在顶部开设孔洞。

6 结论

通过对潇河国际会展中心吊顶采用该工法的具体应用得出：该工程在大跨度吊顶施工中，给同类项目提供了技术借鉴。对后期建设有重要的参考价值和指导意义，研发了多种适用于大空间结构的吊顶挂件，增强了龙骨的安全性，且使吊顶双曲弧度流畅美观。其社会效益和经济效益巨大，应用前景十分广阔。