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大跨度悬挑双曲面铜板幕墙施工工法

1 前言

随着我国建筑装饰行业的不断发展，更多的国外“抽象性”设计理念不断涌入我国，使我国建筑行业的施工技术也得到了不断出新。本工法通过大面积悬挑双曲面铜板幕墙工程，总结出一套易于安装、科技含量高、装饰效果极佳的施工技术，为同类工程提供借鉴的经验和依据。

2 特点

2. 0. 1 大面积悬挑曲面钢桁架系统在施工中存在较大误差，双曲面铜板空间点位定位测量及安装困难的特点。
2. 0. 2 双曲面铜板使用特制的不锈钢挂件，与主桁架上的横向次龙骨固定，通过可调节的不锈钢挂件消除安装板块时造成的施工误差，同时满足双曲面板块在连续曲面空间的变化。
2. 0. 3 铜板材料工厂化加工，所用配件都是工厂加工组装，现场进行挂装。这样能够保证装饰材料尺寸精确，饰面感官效果好，同时还保证施工现场的安全和整洁。
2. 0. 4 每个单元板块都可以方便地拆卸，维护和更换。
2. 0. 5 施工速度快、精度高，工期短，经济效益高。
2. 0. 6 可操作性强、工序衔接紧密，工效高。

3 适用范围

本施工工法适用于大面积悬挑双曲面结构工程饰面板安装施工。
4 工艺原理

4. 0. 1 首先通过对原概念性设计方案进行细部研究、分析，确定了单元板块尺寸及相邻板块间衔接做法，并测量出板块安装横向水平高度及单元板块安装方式。确定了悬挑曲面承重钢结构桁架的构造。
4. 0. 2 其次通过原结构预埋金属板的位置，确定了悬挑曲面承重钢结构桁架的安装位置。
4. 0. 3 通过使用研发的不锈钢挂件组合，方便、快捷的将双曲面单元板块与钢结构桁架上的横向次龙骨连接，保证双曲面单元板块施工的整体速度及精度。
4. 0. 4 节点构造
1 系统节点
本施工工法是由悬挑钢结构桁架、次龙骨、不锈钢连接件、双曲面铜板四个部分组成。通过悬挑钢结构桁架与横向次龙骨焊接；不锈钢挂件与横向次龙骨连接；双曲面铜板与不锈钢连接件连接形成完整的幕墙系统。

图4. 0. 4-1 悬挑双曲面铜板幕墙系统连接节点图

2 细部节点
钢结构桁架系统是实现连续双曲面的重要组成部分，它主要实现了双曲面上下方向的曲面弧度，使横向水平次龙骨依托钢结构桁架实现左右方向的曲面弧度及单元板块的分隔。

图4. 0. 4-2 钢结构桁架立面图
研制的不锈钢挂件是实现单元板块与龙骨的连接，消除单元板块在安装过程中的施工误差。

图4. 0. 4-3 不锈钢挂件节点图

3 特殊节点
异型钢结构承重桁架的定位主要参照原设计结构预埋金属板的位置，由于现场测量得出部分预埋金属板位置与设计位置偏差较大，经研究确定使用后预埋方式固定承重桁架。

图4. 0. 4-4 后预埋板做法节点图

图4. 0. 4-5 后预埋板做法节点图

整体异型钢结构承重桁架全部杆件采用焊接方式连接。

图4. 0. 4-6 异型承重桁架杆件焊接节点图

图4. 0. 4-7 异型承重桁架杆件焊接节点图

图4. 0. 4-8 异型承重桁架杆件焊接节点图

双曲面铜板在正面与侧面相邻铜板的阳角做法。

图4. 0. 4-9 相邻铜板阳角做法节点图

图4. 0. 4-10 相邻铜板阳角做法节点图

图4. 0. 4-11 相邻铜板阳角做法节点图

铜板加工采用专业工厂化加工，对铜板加工要求为：铜板长边尺寸偏差±1.0mm,短边尺寸偏差为±0.5mm,对角线尺寸≤±1.5mm；铜板需四边不等边折边，折弯高度偏差≤0.2mm,平面度≤1/1000；铜板后表面要衬1mm厚PVC板绝缘；铜板加工完成后,每块必须在内表面右上角粘贴编号标签。能够准确的保证每一块铜板加工尺寸的精度。

图4. 0. 4-12 铜板标准板块加工图
5 工艺流程及操作要点
5. 1 工艺流程
创建三维模型图
测量放线

确定单元板尺寸

异型承重桁架制作与安装

横向水平龙骨整体调整
横向水平龙骨安装

双曲面铜板安装定位

双曲面铜板安装

铜板调整

质量验收

图5. 1 工艺流程

5. 2 操作要点
5. 2. 1 测量放线
1 测量放线是铜板幕墙工程中要求最为精确的一道工序，在确定每榀承重桁架安装位置、高度和铜板安装起着重要作用。双曲面悬挑铜板幕墙工程放线遵循先整体后局部的程序。
2 使用水平仪、经纬仪利用辅助轴线，将曲面结构轴线进行复核，轴线无误后作为原始控制线。
3 使用原始结构轴线作为基准控制线，利用经纬仪将每一榀桁架安装位置放到曲面结构墙上。同时核对原有预埋金属板的安装位置，确定所需后置埋件的位置及数量。
4 利用水准仪将每层建筑标高放到结构上，使用红色标记标出相应标高数作为曲面承重桁架安装的基准线。
5. 2. 2 确定单元板块尺寸
1 原有概念性设计方案所标注尺寸及半径取值都存在较大误差，如果按照原设计方案进行施工，每块铜板的尺寸都是不同，将给厂家加工、现场施工带来极大的麻烦，施工工期将无法保证，需要统一尺寸。
2 已原概念性设计方案为基础，针对施工工期短的特点，通过现场实测实量、数据汇总、分析后，组织工程技术人员进行CAD三维模型图的设计绘制，测量出双曲面曲率变化的规律，按照统一尺寸的原则进行单元板块分隔，设计成单一或多种定型尺寸，四周收边铜板依据现场实测实量进行加工。
5. 2. 3 异型承重桁架制作
1 依据重新设计绘制的三维模型图，将每一榀桁架的承重形式、使用钢材的类型、外形尺寸及安装高度确定。
2 每一榀承重桁架都由两大部分组成，一部分杆件采用现场加工，另一部分特殊弯弧的杆件由专业拉弯厂家在加工厂加工成型，以保证每榀桁架曲率一致，消除由于现场加工造成的较大误差。
3 每榀桁架在两部分对接前都要与设计尺寸进行最后核对，消除由于桁架误差较大，造成双曲面铜板安装出现累计误差值。

4 桁架安装前对预埋或是后置埋件进行再次检查、核对尺寸。桁架焊接顺序采用先局部点焊后满焊的原则，将桁架临时固定在预埋金属板上，依据结构轴线复核桁架安装位置无误后进行满焊。
5 钢结构桁架的焊接要求
1）主材的拼接,对接焊缝应采用全熔透T型对接焊缝。
2）梁端翼缘板及腹板与端板（合缝板）的连结焊缝应采用全熔透T型对接焊缝。
3）翼缘板和腹板与柱底板T型焊缝，应采用全熔透T型对接焊缝。
6 除锈及防火要求
1）构件制作完毕后进行抛丸除锈处理，除锈等级为Sa2.5。
2）底漆:两遍红丹底漆,漆膜厚度2×30微米.面漆:两遍调和漆, 漆膜厚度:2×30微米。
5. 2. 4 横向水平龙骨安装
1 横向水平龙骨依据铜板分隔尺寸确定安装位置，每上下两块铜板之间设置一道横向水平龙骨。
2 依据铜板设计安装标高，以原结构标高线为基准，在已经安装完毕的每榀桁架上，用水准仪放出横向水平龙骨的安装位置，并标注在每榀桁架上。每安装3根横向水平龙骨复核一次标高值。
5. 2. 5 横向水平龙骨整体调整
调整水平龙骨高低差时，主要是观察龙骨整体的平滑度，避免局部出现凹凸的现象。横向水平龙骨整体调整完毕后喷涂防锈漆。
5. 2. 6 双曲面铜板安装定位
安装铜板时先临时固定在龙骨上，使用水平仪测量铜板的安装高度，高度确定后将螺丝拧紧。同一水平安装的铜板依据基准板进行后续安装。
5. 2. 7 双曲面铜板安装定
双曲面铜板与龙骨通过不锈钢连接件进行安装。铜板背面预先将不锈钢挂架安装完毕，将铜板上下安装的不锈钢挂件与龙骨上的不锈钢挂件用螺丝紧固，一块单元铜板就安装完毕了。
5. 2. 8 铜板调整
双曲面铜板安装调整方向较多，需制定出合理的调整顺序：板块间距 板块间接缝高低差 曲面弧度。
1 铜板之间间距的调整使用水准仪、盒尺进行检测，通过铜板背后的不锈钢连接件调节孔20mm调节量进行调整。调节顺序由中间定位板开始进行调整，完毕后进行上下一层铜板间距调整，以此类推进行其他铜板的间距调整。
2 铜板之间接缝高低差采用不锈钢挂件调节孔进行10mm范围内的调节。
3 铜板整体曲面弧度调整主要采用观察的方式，调整在局部出现的凹凸不平滑的现象。
6 材料与设备

6 1 主要材料性能
表6. 1 材质性能表
序号
项目
规格、型号
制造工艺
检验项目
1
铜板
1.2mm厚T2带铜板
挤压模具生产、在线喷涂氟碳漆
机械性能、化学成分、规格尺寸、表面质量
2
干挂件
2mm厚304不锈钢
挤压模具生产、在线冲孔。
化学成分、力学性能
3
钢结构桁架
Q235碳素钢
现场焊接
符合GB50205-2001规定
4
化学锚栓
M20*260
M16
成品
规格型号、产品合格证、检测报告、拉拔试验
5
焊条
E43型焊条
成品
符合《碳钢焊条》GB/T5117-95标准
6
钻尾自钻螺丝

成品
产品合格证

6. 2 主要机具设备
表6. 2 主要机具设备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
1
电子经纬仪
DJD-G
台
1
2
自动安平水准仪
D2S3-1
台
2
3
型材切割机
YZA-10
台
1
4
电焊机
21KVA
台
4
5
钢尺
50m
把
1
6
检测尺
2m
把
4
7
盒尺
5m
把
10
8
冲击钻
HQ－A—20
把
3
9
砂轮切割机
KT-971
台
1
10
手提电钻
GBM13-2RE
把
2
11
电动螺丝刀

JF7101
把
10

7 质量控制

7. 1 一般规定
7. 1. 1 铜板幕墙所使用的钢材、化学锚栓、不锈钢挂件的材质、规格、标高及连接方式应符合设计要求和产品的组合要求，龙骨安装位置、牢固性及整体弧度应符合图纸和设计要求。
7. 1. 2 桁架龙骨焊接部位必须牢固，安全可靠。
7. 1. 3 横向水平龙骨与桁架焊接位置、牢固性必须符合图纸及设计要求。
7. 1. 4 桁架及水平横向龙骨表面必须作防锈处理。
7. 1. 5 双曲面铜板表面应按设计要求及有关规定进行抗氧化处理，板块间距、缝宽应符合设计要求，曲面弧线应流畅。
7. 1. 6 双曲面铜板幕墙工程验收应检查下列文件记录
1 钢结构桁架施工图，设计说明及受力计算书。
2 钢材、化学锚栓、不锈钢连接件的检查记录和质量验收记录。
3 铜板性能检测报告、进场验收记录单。
4 隐蔽工程验收记录。
5 结构上的后置预埋件的数量、位置及拉拔力符合设计要求。
7. 1. 7 检查数量应符合下列规定：
1 每1000m2为一个检验批。
2 每个检验批抽查10处，每处不少于10m2。测量数据不超过误差值为合格，超出为不合格，合格率达到80%及以上为合格。

7. 2 主控项目
7. 2. 1 铜板材质、规格、颜色，要符合设计和国家标准要求。
7. 2. 2 幕墙高度、板块分格和表面曲线弧度符合设计要求。
7. 2. 3 铜板必须安装牢固，分格方式及分格尺寸，分格宽度应符合设计要求。

7. 3 一般项目
7. 3. 1 铜板饰面应洁净、美观、色泽一致，无凹凸变形和划痕。
7. 3. 2 板块表面曲线弧度流畅美观，间距一致、接缝宽度一致。
7. 3. 3 双曲面铜板幕墙安装允许偏差和检查方法应符合下列规定要求：
项次
项目
允许偏差（mm）
检验方法
1
表面平整度
2
用2m靠尺和塞尺检查
2
相邻板材板角错位
1
用钢直尺检查
3
接缝直线度
3
拉5m线
4
接缝高低差
1
用钢直尺和塞尺检查
5
接缝宽度
1
用钢直尺
7. 4 其他注意事项
7. 4. 1 设计上要注意原结构预留埋件的承载力，要控制在预留埋件承载力
范围内。
7. 4. 2 设计中要充分考虑连接中的调节作用，要满足调节量的要求。
7. 4. 3 材料加工要选择有能力的、技术强的厂家，保证生产的产品的性能、精度到达要求。
7. 4. 4 施工中注意材料的运输，避免对铜板本身造成损坏。
7. 4. 5 施工中注意桁架各部分杆件的焊接质量，达到国家相关标准要求。
7. 4. 6 铜板尺寸较多，要注意施工中的产品标识，避免安装错误。
7. 4. 7 注意避免铜板与其他金属材料相接处，造成电位差破坏铜板自身性能。
7. 4. 8 安装铜板时要注意避免破坏铜板表面的抗氧化保护层。

8 安全措施
8. 0. 1 严格遵守有关劳动安全法规要求，加强施工安全管理、安全教育，严格执行各项安全生产规章制度，服从总包方、监理方的有关制度。
8. 0. 2 按规定要求设置防火标志，配备足够的灭火器具，并在有施焊作业的范围内安排看火人。
8. 0. 3 严格遵守施工用火审批制度。
8. 0. 4 施工脚手架必须通过验收合格后方可上架施工。
8. 0. 5 凡从事电焊作业人员必须持有特种作业人员上岗证，实行持证上岗，并应使用面罩或防护镜，佩戴相应的劳保用品。
8. 0. 6 脚手架搭设人员必须持有特殊人员上岗证，平佩戴相应的劳保用品。
8. 0. 7 安装吊用的施工机具在使用前必须进行严格检查。
8. 0. 8 施工人员必须配备安全帽、安全带、工具袋，防止人员及物件的坠落。
8. 0. 9 施工现场中各种危险设施、临边部位、洞口都必须设置防护设施和明显警告标识。
8. 0. 10 使用氧气、乙炔进行施工时，应严格按照相关规定进行放置。
8. 0. 11 严禁高空抛物，运输材料时，下方应有专人看护，无关人员不得进入材料运输区域。

9 效益分析

9. 0. 1 该工法施工简单科学，施工速度快，可以满足施工工期紧张的要求。
9. 0. 2 科学的施工工艺有效的减少施工人员的投入，节省了人力。
9. 0. 3 严格的测量计算控制了材料的规格和数量，避免无谓的浪费，为建设单位减少物资投入。
9. 0. 4 大面积双曲面悬挑铜板幕墙工程的成功应用，为该类工程提供了应用实例，可以作为重要的参考依据，具有良好的推广价值。

10 应用实例

****中心****中报告厅外立面采用大面积双曲面悬挑铜板幕墙系统，由我公司负责深化设计工作及施工。报告厅外立面所用铜板品种为黄铜表面做乱丝处理，铜板幕墙由不同规格的铜板单元块组装而成。铜板幕墙共计2600m2，横向弧长80m，纵向弧长35m，横纵板块之间采用明缝处理，缝宽5mm。上下相邻板块之间错缝搭接，搭接尺寸为1/4板块长度。铜板幕墙依靠悬挑钢结构系统进行安装，铜板饰面距报告厅原结构墙面最大距离为3m，悬挑高度距地面最低点为5m，最高点为30m。铜板安装采用特制不锈钢挂件进行安装，可在上下左右四个不同方向进行调节，调节量最大可以达到20mm。报告厅外立面装饰效果新颖、独特，具有很高的艺术性。我公司将这个全新的设计理念应用到实际工程中，工程质量和观感得到了业主、设计、监理方一致的好评。