基于BIM技术的组合装配式干挂石材安装工艺

2023-06-29何华罗金萍邓小华毛运涛彭德坤

四川建筑 2023年2期

何华罗金萍邓小华毛运涛彭德坤

在建筑工程的外墙装饰过程中，现场常用的干挂石材安装方法已无法满足现如今的行业需要。要求建筑施工技术现代化，安装简单快捷，缩短安装时间，提高构件安装的质量等方面已显示出局限性。所以，在传统干挂石材安装的基础上，提出了组合装配式干挂的安装工艺。

BIM建模；装配式； SE组合分离式挂件

TU767.6 B

［定稿日期］2022-08-11

［作者简介］何华（1977—），男，本科，工程师，主要从事建筑工程质量管理工作。

传统的干挂石材安装方法存在着不同程度的缺点。为有效地缩短关键工序的施工工期，降低施工现场环境污染，推广应用装配式分离组合挂件，使得维修更换更加便利，实现建设工程的全面履约，减少劳动强度和工程成本，提高施工效率，进行了组合装配式干挂安装技术的研究。

1 传统石材干挂方式存在的问题

1.1 针销式

顾名思义，就是将销针与垫木和板材边沿进行开孔实现以刚性对接，此种干挂件及方法于为国内最早的一种干挂方式，为干挂石材的后续技术提供了基础。但是由于这种方法靠销针受力，在实际应用过程中发现的销孔内应力也较为集中，从而造成了石材内部较容易出现裂碎的情况，并且在实际运用的过程中也较费工、耗力、费料等。

1.2 蝴蝶式

此种方式在工艺成型时容易损坏挂件导致的硬度不足。在施工过程中，由于上、下的翻头厚薄和弯度使得所切沟槽需要进行加宽处理，导致在施工时对石材的极易产生划伤和损坏。

1.3 焊接式

在焊接时高温受热会影响挂件的硬度，如果焊接温度不饱满还会形成金属氧化性腐蚀脱落，这样就会使挂件的牢固性、安全性都无法获得保证，而荷载在负载作用下也会造成破坏，并且在焊缝处腐蚀后的锈水很容易顺着槽缝隙渗入石材内产生污垢，从而严重形响了环境与美观。

1.4 背栓式

此工艺是金属与金属、或石材与金属之间的直接接触，在施工作业过程中难免会存在碰撞的情况，所以这种干挂会极易造成因温度变化引起的热胀冷缩而变形，需要维护较多。

1.5 短槽式

该方法受力较差，相对承载力不足，在干挂点中的抗拉强度也较低，同时还必须对槽段进行嵌填，这就造成了施工费用的增加；另一个弊端则是当石材面积大、且使用高度较高时存在着不能正确布点的问题，同时该方法同样不方便进行后期损坏石材的更换处理。

2 组合装配式干挂安装工艺原理

通过采用热镀锌+槽钢的方式与建筑主体结构预埋件相连，采用饰面石材面板和铝合金SE副挂件由厂家进行小单元体拼装，在现场直接使用石材拼装板和副挂件通过主体螺栓进行相连，并固定组装于石材龙骨上，板材之间的空隙用泡沫棒填补后，再用硅酸耐候密封胶进行封闭，从而构成整体的装饰面板以保障安装质量效果。从而达到减少环境污染、省时省力、安装方便快捷且易拆卸的目的。除此之外还具有几个特点：

（1）石材幕墙的预埋件在主体结构施工时完成预埋，对于尺寸不合适及漏埋的锚板采用化学锚栓后置埋板，避免后期凿孔破坏结构。

（2）利用BIM技术导出构件间定位关系，实现施工过程预演，得出构件间加工数据清单，实现三维可视化交底［1］。

（3）采用SE组合分离式挂件实现石材加工制作工厂化，施工现场不开槽、主副挂件挂接、螺栓拧紧即可快速实现安装、更换。

3 工艺流程与要点分析

3.1 工艺流程

组合装配式干挂石材安装工艺流程见图1。

前期先利用BIM技术进行建模设计，搭建模型，通过修正模型后，采用BIM导出的模型数据进行块材的工厂处理。现场通过测量放线确定位置，进行预埋件的安装工作。需要注意的是部分边角处需要留意后置埋件的安装，同时还需要进行抗拔实验以确定其抗拔能力，保证安全可靠；然后依次进行结构及埋件检查、轉接件安装、镀锌钢立柱安装、镀锌钢立柱安装、镀锌角钢横梁安装、保温岩棉、防火、防雷安装。在隐蔽验收合格后，进行石材的安装工作。

3.2 施工要点分析

3.2.1 BIM建模设计

通过结构模型与石材模型的整合，可直接得出埋件与钢架、钢架与石材面板之间的位置关系。从BIM模型中导出埋件、龙骨等具体定位点（图2）。

在BIM模式下，石材与龙骨、龙骨与结构所有构件均按1∶1实物呈现。石材单元板块加工数据可直接导出，进而方便厂家进行石材组装生产。

3.2.2 测量放线

首先要确认好建筑的基准轴线及其水平位置，然后利用仪器（全站仪或者经纬仪）从建筑物底部处引出控制点及其拐角控制线，然后通过激光垂直度仪，将外控制轴线引至顶层的水平层处并加以确定，最后依据外控制点的水平位置与标高位置，确定幕墙的水平位置控制线。

3.2.3 预埋件施工

（1）预埋板焊接：对预埋件采取埋弧焊方法，在焊接过程中为了确保焊后的质量品质，就必须及时地清除电板钳口污染物如电渣灰尘等，保证电极反应中焊接的精确，并根据焊接效果及时进行调试，而一旦在焊接过程中出现了钢筋大直径咬线的问题或者钢板焊穿焊缝质量差的问题，就必须要尽快找出问题，消除焊缝的质量问题。在施工过程中一般采取手工焊的方式，通过控制焊接电流大小，来预防钢筋的烧伤。

（2）调整误差：按照BIM模型中生成的预埋件所定位的点和现场的尺寸布置，再结合幕墙的区域分格，就可以计算出误差每分格内的均值，如果均值未超过规范允许范围，则按照现场尺寸进行分格埋设，如果超过允许误差的值，则需要进行重新安装后补埋件。

（3）预埋件施工过程的固定方式：因为混凝土浇灌后在外表所占的面积不是很大，以至于仅靠浇筑来固定是不牢固的，这时候就需要螺栓来紧固卡子，使预埋件与模板保持严丝合缝，另外也可以利用一般铁钉或者木螺丝放在之前在预埋件打好的孔上面。当预埋件的面积比较大的时，可以利用预埋件的内侧焊接螺帽，然后穿过板和模板与螺帽连接并固定［2］。预埋件的固定位置切记不能与主筋相相接触。这样会使预埋件的位置发生偏差，在设置预埋件时，要计算好埋设的位置，保证位置的精确，不影响浇灌混凝土。

3.2.4 后补埋件安装

对于边角位置无预埋件的需要增加Q235B后置埋件，规格为250 mm×200 mm×8 mm，钢材表面热浸镀锌处理，化学锚栓依据计算结果采用M12×160 mm化学锚栓，埋件安装顺序为：放线定点—冲击钻打孔—清埋洞眼—复核中心线—化学锚栓安装—钢埋板安装—埋件的清理与防腐—拉拔试验［3］。

（1）放线定点：埋件位置应根据幕墙分格线、结构设计的轴线位置、楼层标高线，标注出相应埋件点位的线（图3）。

（2）冲击钻钻孔：为保证孔的深度，可以在冲击钻上加设立标尺，钻孔深度及打孔直径依据表1进行，混凝土配孔直径（适应ASQ 混凝土强度为C25～C60）。

（3）清埋孔洞：在结构上钻孔后，应及时清理掉孔内的灰尘，保证孔内清洁无残留的沉渣。

（4）复核中心线：标高允许偏差为±10 mm，轴线左右允许偏差为±20 mm，轴线前后允许偏差为±20 mm。

（5）锚栓安装：清孔完毕后，将化学药剂放入孔中，再将化学锚栓插入钢板内与结构固定进行安装。同时需要高速进行搅拌（手枪钻转速为750 r/s），待洞口内有少许混合物外露后即可停止（图4）。

3.2.5 结构及埋件的检查

（1）埋件左右、上下偏差的检查：首先将支座的定位线弹在结构上，便于检查预埋件中心线与支座的定位线是否有偏差的情况，利用十字定位线，检查出埋件上下、左右的偏差，一般要求埋件的标高偏差不应大于10 mm，埋件位置差不应大于10 mm。

（2）结构定位的检查：支座的定位线确定以后，在结构处依据外控网拉垂直钢线，以及横向线作为安装控制线，核实埋件定位尺寸和结构的标高，记录安装数据定位［4］。

3.2.6 转接件安装

初步确定转接件后，对不合格的进行调校修正以满足误差要求。自检合格后，再进行抽检，抽检数量应为总数量的百分之五以上，且不少于5件，在抽查合格后将所有连接件焊接固定，焊缝位置及尺寸按工程设计要求，焊缝高度不小于7 mm，且需要满足规范要求，同时焊接完成后的连接件必须涂刷防锈漆［5］。

3.2.7 镀锌钢立柱安装

（1）柱的安装，根据放线的部位进行安排。安装立柱的施工顺序为从底层开始由下往上进行施工流水作业。

（2）为确保平整度，需使角位垂直钢丝布置精确。保证作业人员可以根据钢丝作为定位基准，进行角位立柱的安装。

（3）立柱在安装之前，首先对立柱进行直线度的检查，采用拉线法检查若不符合要求，矫正后再上墙进行安装，将误差控制在允许的范围内［6］。在检验完毕后，用不锈钢螺栓将钢立柱与镀锌钢板转接件相连，以调节立柱的垂直度和水平度，而后往上拧紧固定螺栓。并在钢立柱和钢板转接件的中间，加设防锈垫片以防止两构件直接接触造成电化学腐蚀。

（4）立柱在固定好就位后，通过之前所布置的钢丝线，结合施工图进行确认检查，在确定了各尺寸满足要求后，再对钢龙骨进行垂直度的检查，确保钢龙骨的轴线偏差在允许范围之内。竖向必须在每个层间设置一处伸缩缝，以保证伸缩度要求，竖向伸缩缝设置间隙为20 mm，使用插芯连接，连接长度在250 mm以上。同时间隙处用密封胶进行填充处理以保证密实（图5）。

3.2.8 镀锌角钢横梁安装

（1）在立柱安装完毕之后，检查分格情况，符合规范要求后进行角钢横梁的安装。通过实际操作后发现，为达到安装便捷，横梁的下料尺寸应比分割尺寸小3 mm。安装横梁前，将钢角码与钢立柱焊接固定在一起。

（2）待钢角码与钢立柱安装完毕后，即可进行角钢横梁的安装，一端螺栓固定，一端焊接固定。

3.2.9 保温岩棉、防火、防雷安装

（1）先进行岩棉板的裁剪，裁剪大小通过按照石材龙骨的间距来进行，裁剪后由自下而上沿水平方向横向交错铺贴。从墙体拐角处开始垂直交错连接固定板材。阴、阳角处岩棉板交错互锁。门窗洞口四角处岩棉板不得拼接，应采用整块岩棉板切割成形切口与板面垂直，墙面的边角处应用同样的保温板粘贴固定［7］。板上、下应错缝排列，错开距离为1/2板长，缝隙嵌填用窄条岩棉板。另外锚固件选M8×120 mm的塑料膨胀螺栓来进行锚固，保证岩棉板与外墙面的紧密结合。需要注意的是錨固点紧固后不应超过岩棉板的表面，应低1～2 mm。

（2）石材干挂应满足防护要求，每层楼的楼板顶标高处应设层间防火隔离带。防火层使用镀锌防火钢板的，厚度应满足防护要求，一般不小1.5 mm；使用的岩棉的厚度应不小于 100 mm。

（3）先将避雷连接钢筋与均压环、避雷环与接地端子的焊接，采用三角形满焊，焊接长度不小于100 mm，所有焊缝应修光，表面刷防锈漆，另一端与主体防雷钢筋连接［8］。然后均压环与防雷引下线采用12 mm圆钢连接，连接处采用双面焊接方式，接缝采用角焊缝，焊缝高度取6 mm，长度为100 mm（图6）。

3.2.10 石材安装

3.2.10.1 SE分离式挂件

（1）SE挂件结构原理：主件与副件在滑槽内采用了滑动配合，在凹槽内设有橡胶条，用来避免主件和副件的硬碰撞接触。主件的平板上设有安装孔洞，通过角钢进行螺栓连接。副件嵌板槽开口为上的是S型副件，嵌板槽开口向下为E型副件。当主件的滑槽为一组时，安装在最上层或最下层，当主件的滑槽为2组时，两滑槽应上、下依次排列，安装在中间各层，S型副件与主件位于上面的滑槽进行连接配合，E型副件与主件位于下面的滑槽连接配合［9］。

（2）SE挂件的主要性能：①通过对石材两边的定位切割开槽，能够提高整个墙面的平整度要求。因为使用的是组合式挂件，使得其具有强度大，牢固性强的特点，优化了抗震的性能。另外以角钢作为次龙骨，在不增加额外安装材料的情况下，还可提高其承载荷重，同时也可满足板材尺寸加大的要求。另外SE挂件的上、下与板之间没有直接联系，不会产生相应连接后造成的不确定性因素影响如应力集中等，受力情况相对简洁明确。在正常使用状态下能充分利用板材的抗弯强度特性，同时当结构产生较大位移或温差较大时，板材的内部不会产生额外的附加应力，或残留积累压力等，该种挂件适用于高层建筑和具有较严格的抗震要求的幕墙构件上;②S型或E型副件与石材装饰板通过干挂胶粘结在一起后形成小单元式组件。作业时先将主件分层固定在幕墙次龙骨上，再将小单元式组件S型、E型两副件的滑槽结合，这样就形成了可便携拆卸的石材幕墙。这种小单元组件的使用将会大大简化了石材幕墙的安装方式及安装要求，提高了干挂石材的成型质量。另外石材装饰板与副件通过利用干挂胶进行粘接，显著的提高了粘接的强度与安全可靠性，由于小单元式组件安装拆卸简单，这也就为后期幕墙的维修与保养提供了保证（图7）。

（3）SE挂件的主要特点：①拆装简单、可靠，为维修保养提供了便利；②可进行左右滑动，为拼装创造了发展空间；③由角钢为次龙骨材料，对提高钢板厚度和宽度所带来的压力增大也起到了保证，从而增加了安全系数；④装饰板与板之间没有连接，是单一承载独自受力的个体，因此不会产生因相互连接造成的复杂受力情况导致的应力集中或残留压力积累。

3.2.10.2 石材与SE副挂件在工厂组装

在完成石材幕墙BIM设计建模之后，工厂开始加工组装石材板块，保证了质量与供给需求，使施工时间得到了节约，同时减少了因材料不过关引起的返工。将石材装饰板和挂件中的S型、E型副件在工厂加工后，组装成小单元式组件，运往工地直接固定在主件上，最后再进行整幅的幕墙施工。

采用这种小单元式组件安装石材幕墙最大的特点是工程工期短，同时由于在工厂组装，可以根据需要进行调整设计，各个单元组件可以拼装成形形色色的单元组件，也为建筑师们充分发挥想像力创造了很大的创作空间。

采用工厂组装挂件，施工现场中不需要进行石材装饰板和挂件之间的连接，只需挂件也主挂件螺栓连接。改善了石材幕墙安装方式，大大提高了安装质量和安装速度；小单元式组件在工厂中通过工业方式生产，提高了生产效率。

4 结束语

组合装配式干挂石材安装是在钢销式、背栓式及短槽式干挂工艺施工经验的基层上整合、提炼而成，总结了BIM建模設计幕墙钢架、测量、埋板定位、龙骨定位安装制作、单元石材的排版加工、石材与各建筑装饰收口关系的诠释等工序的施工方法、操作要点和保障措施，在天府机场建设中得到了广泛的应用。

通过使用SE组合分离式挂件和石材在工厂内完成组合装配式石材板块，大大提高了生产效率，保证了材料的质量，同时通过机械流水生产，也有效的降低了工作人员的劳动强度和建设单位的施工成本，简化了施工工序，大大提高了施工效率，减少了现场的环境污染，同时使得后期石材的更换维修更加的便利，具有较好的推广应用价值。

参考文献

［1］师广峰，李力，刘坤朋，等.SE干挂件在石材幕墙中的应用［J］.居舍，2022（3）：36-38.

［2］何世毅.干挂石材幕墙的工程质量管理［J］.江西建材，2021（4）：133-134.

［3］王耀东.建筑幕墙施工中石材干挂技术要点的分析［J］.中国地名，2020（7）：65.

［4］孙晟.背栓式锚固干挂石材幕墙施工技术［J］.江苏建材，2020（2）：46-49.