基于钢结构网架下的复合异形吊顶关键技术研究_任瑞豪.pdf

建设科技 29研 究 探 讨1 研究背景 随着科技的迅速发展，多数的异形建筑通过钢结构形式实现落地，复合异形吊顶作为现代化高级装饰中一种，在复杂钢结构网架下的施工难度更为艰巨，可承接施工的单位较少，系统的施工流程及技术应用相对不足,存在以下问题：高大空间异形吊顶测量放线难度大，精准度要求高；半球形钢结构对异形吊顶施工造成的工效低、误差大，材料损耗率高；复合异形吊顶构造复杂，下单及施工难度大，组装容错率低，返工风险大。基于钢结构网架下的复合异形吊顶关键技术研究任瑞豪 李国峰 宫献伟 殷晓 向志国（中建八局第一建设有限公司，济南 250000）摘要 复合异形吊顶作为现代化高级装饰中的一种，在钢结构网架下的施工难度更为艰巨，可承接施工的单位较少，成熟的施工流程及技术应用相对不足。本文研究的复合异形吊顶依托于杭州萧山国际机场三期装饰装修工程，吊顶由交叉网格铝单板及四周曲面穿孔铝条板组成。通过BIM技术应用及装配式施工理念研发一套可同时解决高大空间曲面造型测量放线、施工基层构造复杂、复合型吊顶下单及安装难度大等问题的施工技术系统，并形成钢结构网架下复合异形吊顶的合理施工流程。关键词 钢结构网架；复合异形吊顶；装配式转换层；BIM技术应用 Research on Key Technologies of Composite Specially Shaped Ceiling Based on Steel Structure GridRen Ruihao,Li Guofeng,Gong Xianwei,Yin Xiao,Xiang Zhiguo(FirstConstructionCo.,Ltd.,ChinaConstruction8thEngineeringBureau,Jinan,250000)Abstract:As a kind of modern advanced decoration,the construction of composite special-shaped ceiling under the steel structure grid is more difficult,and there are fewer units that can undertake the construction.The mature construction process and technology application are relatively insufficient.The composite shaped ceiling studied in this paper is based on the decoration project of Hangzhou Xiaoshan International Airport Phase III,and consists of cross grid aluminum veneer and perforated aluminum strip panels with curved surfaces around.Through the application of BIM technology and the concept of fabricated construction,a set of construction technology systems can be developed that can simultaneously solve the problems of high space curved surface modeling,measurement and setting out,complex construction base structure,complex placement and installation of composite suspended ceilings,and form a reasonable construction process for composite special-shaped suspended ceilings under steel structure grids.Keywords:Steel structure grid;Composite shaped ceiling;Assembled conversion layer;Application of BIM technology2 工程概况 本文研究的复合异形吊顶依托于杭州萧山国际机场三期装饰装修工程，总建筑面积约150万m2，建筑高度44.56m，吊顶与钢结构通过装配式转换层进行连接固定，中部为交叉网格，周圈为曲面穿孔铝条板，线条柔顺，造型复杂，如图1。通过本项研发主要结合BIM技术形成一套双控制网放线技术、层级系统装配式施工方法实现复杂钢结构网架下的复合异形吊顶的装配式施工。DOI:10.16116/ki.jskj.2023.07.00530 建设科技特 别 关 注The Special Focus建筑装饰装修研究与技术应用图1 北二指廊国际到达大厅效果图及实景图3 装配式转换层的施工研究 3.1 装配式转换层系统设计研究复合异形吊顶依托于屋面半球形钢结构网架，网架内部高低落差大，形式错综复杂，为保证吊顶稳定性，降低施工难度，在曲面穿孔铝条板上方设置钢架转换层。常规转换层钢架需大量动火焊接作业，现场加工量大，不具备可调节，且施工现场距离通行机坪不足1公里，降低FOD发生概率尤为重要。采用装配式转换层施工技术，通过3种可调节高度的连接件固定钢架代替100%的动火焊接，可有效解决因复杂钢结构造成的误差大、工效低、材料损耗率高的问题，并减少现场加工量，降低FOD发生概率。3.2 装配式转换层系统施工技术研究C形抱箍，常规钢梁与转换层钢架、龙骨之间固定的标准连接件，形状为C字形，型号尺寸根据钢结构不同规格钢梁而定，C形两端设置条形吊筋孔，配套通丝吊筋，便于调节固定。锁型抱箍，作为交叉网格式吊顶与采光井矩形钢梁连接的固定件，此处矩形钢梁与玻璃屋面紧密贴合无缝隙，C型抱箍与扣式抱箍均无法使用。项目研发设计一种锁式抱箍，构造及工作原理如图2,并通过了受力计算验证保证吊顶系统安全，保证吊顶稳定性，降低吊装难度。图2 锁型连接件三视图说明：1.厚度 5.0mmU 型镀锌钢板；2.直径 20mm吊筋；3.直径 15mm 高强螺栓；4.钢结构矩形钢梁；5.摩擦连接面；6.厚度 5mm 加强肋板；7.玻璃幕墙。扣式抱箍，此处钢梁为工字型钢与屋面金属底板紧密贴合无缝隙，C形及锁型抱箍无法使用，对此设计使用了扣式抱箍，它通常两个一组，提前穿抱在转换层钢架上，固定片扣压工字钢梁底部两侧，施拧螺母后转换层钢架与钢梁互相钳制固定，见图3。图3 扣式抱箍系统模型图4 复合异形吊顶的施工研究 4.1 复合异形吊顶设计研究复合异形吊顶由中部交叉网格吊顶及四周的曲面吊顶组成，整体外形似蓄势待发的航天飞机，系统构造主要由 1-16 组成，见图4。网格吊顶位于采光井部位，呈现镂空刻花效果，材质为铝单板，自南向北逐步升高，自上至下由3层叠加，顶层网格至底层完成面最大间距2.6米，最小1.2米，总长121米。四周为曲面穿孔铝条板吊顶，南北方向随网格吊顶逐步升高，东西方向大幅度向两侧下降形成弧形，曲度起伏波动较大，过程安装调整对数据系精准度高，曲度通过定制龙骨对铝板的限位弯曲形成，穿孔铝条板的可弯曲性至关重要。图4 复合异形吊顶整体构造示意图说明：1.厚度 3.0mm 白色氟碳漆喷涂铝单板；2.厚度 2.5mm 白色氟碳漆喷涂铝单板；3.铝合金龙骨；4.吊顶一级吊杆；5.吊顶二级吊杆；6.锁型固定件；7.矩形钢梁；8.玻璃幕墙；9.金属幕墙；10.工字钢梁；11.厚度1.0mm聚酯预辊涂穿孔铝条板；12转换层C形固定件；13扣式固定件；14龙骨C形固定件；15.龙骨转向连接件；建设科技 31研 究 探 讨16.几字形龙骨。4.2 复合异形吊顶施工要点4.2.1 双控制网测量放线面对两种异形吊顶的组合，首先需确认两种吊顶的施工先后关系，通过图纸及模型对比发现曲面吊顶的双向灯槽与底层交叉网格单元体对称中心线之间存在印证关系。两者出现频率相同，且中线为同条控制线，网格单元体最低点为曲面吊顶双向灯槽起始位置最高点标高相同，由此可确定网格吊顶是曲面吊顶定位施工的先行条件。高大空间异形吊顶放线测量中传统的一米线、轴线进行定位及复核累计误差大、周期长，项目通过使用3D扫描仪对现场结构进行扫描，获得点云数据建立高精准度的模型，在模型中使用轴线及标高控制线定位转换层横纵钢架，并通过模型提取横纵钢架与吊顶吊筋、龙骨的对应尺寸，将转换层作为高空吊顶的轴网及标高控制线，达到使用传统轴线网复核转换层轴网，转化层轴网复核吊筋定位、龙骨分布的效果。现场转换层建立成永久性三维控制网，两个轴线网相辅相成，提高施工效率、准确性，助力全生命周期管理。4.2.2 网格吊顶固定件安装网格吊顶以钢结构 Revit 模型为基础建立，合并在施各专业模型，可有效降低施工碰撞、实现联动管理。测量人员针对吊顶特点，采用3D扫描技术，利用相关软件导出真实结构的点云数据对模型进行精细化修改，确保模型数据高精准度，见图5。图5 复合吊顶整体模型吊顶上方矩形钢梁与玻璃盖板贴合，底层网格造型连接点贯通至最顶层交叉网格，为整个吊顶定位及受力核心，龙骨通过锁型固定件与矩形钢梁进行吊装连接。通过BIM模型提取固定点坐标及高程数据并通过全站仪进行现场打点、连接件固定。4.2.3 网格吊顶单元组拼装及吊装交叉网格式吊顶构造复杂，吊顶施工需进行体系划分，明确组装原则，既由铝板构件组成单元，单元再组成单元体，单元体组成单元组的四个层级安装系统，详细流程见图6-8。图6 交叉网格吊顶单元组层级分解图分解步骤1：按照吊顶叠级层数及标高为原则划分单元组，初步将交叉网格式吊顶安拆为3组，上图从左只有分别为底层网格、中层网格、顶层网格。图7 交叉网格吊顶单元体分解图分解步骤2：按照吊顶网格样式变化重复规律为划分原则，将交叉网格式吊顶为112个单元体。图8 交叉网格吊顶单元分解图分解步骤3：将最顶层的网格单元体按照单个单元为单位进行分解，每个单元体由5个单元叠加组成。明确层间安装系统后借助BIM技术以单元组为单位在模型提取型号数据，根据相关数据及图纸节点在地面进行交叉网格拼装，拼装完成后分叠级从顶至底逐层吊装与锁型固定件连接。4.2.4 曲面吊顶灯槽安装吊顶造型为双曲面，灯槽作为穿孔条板曲度及坐标（下转42页）42 建设科技特 别 关 注The Special Focus建筑装饰装修研究与技术应用具有良好的隔热、隔音效果且美观适用、并可降低自重。最终效果美观、节能、环保、坚固、实用。顶部使用1mm厚的与现有琉璃瓦同色系的铝合金连体瓦，与30mm30mm3热镀锌方管拉锚牢固。安装斜屋脊时，因为斜当勾是非标的，所以现场在安装时根据现场实际情况用铝板裁好后安装，根据现场的安装情况先用纸板裁出斜当勾样板，比对样板与屋面瓦间隙控制在3mm以内。待纸板斜当勾样板调整好以后，根据样板曲线在我们准备的铝板上裁出斜当勾。正当勾与屋脊侧板使用5X20的铆钉铆接。为保证铝合金连体瓦与整体屋面的琉璃瓦效果协调，我们通过多次实验由专业油漆美容师通过喷涂先将整体瓦面颜色喷涂到与现有琉璃瓦面的颜色接近，再通过做旧处理使视觉效果与现有瓦面接近。为了保证整个连廊的耐久性，将所有瓦面均做了防腐蚀处理，能够在环境 PH 值 5-8 的范围内 2 年不出现明显性状变化。且屋顶瓦面具有顺水功能，叠装后完全防止雨水渗漏。所有瓦面使用寿命不低于 5 年。5 结论该项目不仅保证了现代博物馆展览的各项指数要求，提高了展出面积，且整体连廊效果与原有文物古建毫无违和感。整个连廊施工为可逆式拼装建筑，与传统的建筑相比，整体生产大部分为工厂化加工，不受外界天气、人文等因素的影响，工期可以控制；流水化生产整体安装误差较小，质量有所提高；模块化安装时间短、效率高，大大降低了人工成本；干法施工，节水、节电、环保；外观效果与古建制式相契合，体现了设计的多样化，可根据业主需要随时调整样式；满足现代展览展示的需求，使用功能上无任何障碍；所使用的材料多为新型材料节能、环保、减排，符合绿色环保建筑的要求。既满足现代展览对气密性、恒温、恒湿、与无障碍参观的要求，又扩大了展出面积。（上接31页）控制的关键构件，其中线与中部网格吊顶底层单元体中线为同条控制线，因此网格吊顶施工完成后可初步定位双向灯槽横纵位置，见图9。图9 两种吊顶控制线关联图将网格吊顶及结构模型转换导入Rhino，并结合3D扫描仪获得的点云数据建立表皮模型，依据节点关系倒推龙骨及转换层模型，模型精确后提取灯槽高程，通过转换层轴网进行定位施工，使用全站仪复核，灯槽施工完成后可保证曲面吊顶与交叉网格吊顶整体观感统一协调。4.2.5 曲面吊顶龙骨系统施工穿孔铝条板曲率通过龙骨及固定件限位形成，将面层与龙骨之间尺寸设为固定值，在模型内提取龙骨顶部到转换层钢架底部的距离，并设计使用几字形龙骨系统。可调节灵活变动龙骨角度，设置专用契合卡件对面板进行固定，达到了曲度观感顺滑自然，实现了装配式施工。4.2.6 曲面穿孔铝条板安装相邻穿孔铝条板拼接处设置勾搭咬合边并设置应力槽，定制固定卡件，卡件咬合缝隙为两层面板叠合厚度+0.5mm调节量，施工时从起头板开始按照，铝条板折边插入固定卡件即可，因吊顶幅度大，设置分缝时6m一段设置通长伸缩缝，此处采用定制限位卡件进行固定。5 结论技术成果：（1）采用双轴线控制网放线测量技术有效解决了高大空间异形吊顶测量放线难度大，精准度要求高的问题。（2）装配式转换层施工技术的应用解决了半球形钢结构对异形吊顶施工造成的影响，人工和机械使用效率提高了7.78倍，整体材料损耗降低了3%，并取得1项实用新型专利。（3）通过采用一种可调节的龙骨系统及面层装配式安装方法解决了复合异形吊顶构造复杂、下单及施工难度大的问题，下单准确率提高至100%，安装合格率提高至98%，返工风险大并取得2项实用新型专利。工程建成后机场将为长三角第二大航空港并作为十九届亚运会的重要配套设施使用，对于展示大国形象，带动产业链发展，辐射周边经济，具有深远意义。CC