寧夏大劇院外傾雙曲石材幕墻施工技術

朱程森　張飛　齊福利

摘 要：介紹了寧夏大劇院外傾雙曲石材幕墻概況、幕墻構造做法、主要施工工藝等。

關鍵詞：寧夏大劇院；外傾雙曲或花瓣式石材幕墻

1 工程背景

寧夏大劇院為大型甲等劇院，總占地面積55000多平方米，共容納1483人，建筑面積48610m2，主要屋面高度約41.0m，最高處56.62m。

寧夏大劇院造型取義“蓮花盛世”，在13m以上外立面設計了外傾雙曲面開縫石材幕墻，外傾雙曲面幕墻猶如盛開的“蓮花花瓣”一般?；ò陿藴适哪粔误w共20個，每個單體軸線間弧度為15.37° ，圓弧直徑從13.9m標高80.71m漸變至35.68m標高106.188m，每個單體間連接為1.8m寬隱框玻璃幕墻。

花瓣石材、玻璃幕墻主體結構為墻面鋼結構桁架，石材幕墻面層石材選用30mm厚芝麻白花崗巖，隱框玻璃幕墻選用8+1.9SGP+10+12A+8mm 中空夾膠鋼化 Low-E 玻璃。單體石材幕墻中心底部位置為拱形造型玻璃幕墻，花瓣幕墻頂部為鋁合金圓管組合造型，具體詳見圖2標準花瓣外立面詳圖。花瓣內側為鋁單板幕墻。

本工程花瓣幕墻體量大，如何實現花瓣幕墻系統鋼桁架與雙曲面石材的轉換連接、及防水、保溫施工難度大。同時，石材幕墻每個單元的石材，只有對應的兩塊為同一尺寸，其它均不相同，石材加工、安裝難度非常高，需投入大量的人力、物力才能滿足工程的需要。

2 花瓣石材幕墻構造做法

為實現花瓣幕墻系統鋼桁架與雙曲面石材的轉換安全可靠性連接，采用背栓式可三維調節石材連接系統，鋼橫梁與立柱之間采用螺栓連接，幕墻立柱與主體結構的連接設計成彈性活動連接，以抵抗幕墻自身的變形位移，如圖3石材與主體鋼結構轉換連接設計詳圖。

幕墻主立柱選用100×60×6mm鋼方管，轉角位置選用120×100×6mm鋼方管，鋼橫梁選用L50×5mm角鋼，材質均為Q235，表面均熱鍍鋅處理，花瓣背栓式石材幕墻標準橫節點詳見圖4。

跨層幕墻，層與層的立柱之間留有伸縮縫，以抵抗熱變形，風荷載及地震作用影響。

玻璃幕墻與石材幕墻交接節點設計見圖5。

加強特殊部位的防水設計，在花瓣內部鋼龍骨穿透防水鋼板時，在保證接口部位能滿足位移和溫度變形的同時，采用了專業的防水材料得泰條形蓋片，很好的保證了幕墻的防水性。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

石材翻樣、石材加工、編號、運輸至現場→測量、放線→腳手架搭設→抱箍、轉接件的安裝→幕墻主立柱安裝→2mm鋁板安裝及橫梁安裝→補涂防銹漆→背栓式石材板塊的安裝→玻璃幕墻安裝→幕墻清潔整理→驗收→腳手架拆除

3.2 主要工藝介紹

3.2.1 石材翻樣、加工

石材尺寸根據設計意圖，采用三維1：1翻樣，確保石材下料尺寸精準。

石材加工要精確，以免累計誤差不能在安裝時消除。加工完后無質量問題，及時進行編號，現場對石材進行尺寸和外觀驗收，以保證安裝質量。

3.2.2 測量控制

根據坐標控制點和控制線，在標高28m標高屋面找出圓心，用全站儀根據坐標數據找出每一個花瓣的中心軸線，并找出花瓣上口外完成面的進出位控制線，統計花瓣軸線角度位移數據和進出位移數據，然后從上口向下打垂線，在地面上放出花瓣的墨線中軸線和進出位控制線。

在根據統計的花瓣大小數據，整合花瓣尺寸，將花瓣大小統一，并盡量消化花瓣的位移、大小偏差，然后放出花瓣的邊口線，同時根據統計的上下寬度尺寸，放出從低到高處的放射狀分格線，相應的也就確定了外幕墻的龍骨軸線，然后根據水平控制線、垂線以及弧度的垂直切線分格等高距放出橫向龍骨的分格線。

3.2.3 腳手架平臺的搭設

花瓣位置的施工腳手架采用俯視環形、截面階梯狀搭設，從花瓣根部向外延伸6m，高度至22m標高處開始搭設，所留部位搭設活動腳手架，便于拱形門的施工和進出材料。腳手架應按施工方案的要求放線定位。立桿下用截面200mm×50mm木墊板通長鋪設，縱橫距、步距均為1.5m，詳見圖7。

3.2.4 抱箍的安裝

幕墻龍骨與主體鋼結構之間采用抱箍連接方式，抱箍經專門設計，抱箍與結構采用螺栓連接，詳見圖8抱箍設計圖，抱箍材料選用鍍鋅鋼，螺栓為M12×40不銹鋼連接螺栓。抱箍的安裝應牢固，位置準確，抱箍與結構桁架接觸面進行間斷性焊接，抱箍上設鍍鋅鋼轉接件系統，鍍鋅鋼轉接件系統與主龍骨連接件采用三維可調螺栓。

抱箍安裝標高偏差不大于10mm，與幕墻垂直方向前后距離偏差不大于10mm，平行方向的左右偏差不大于10mm。

3.2.5 幕墻主立柱安裝

幕墻主立柱選用100×60×6mm鋼方管，轉角位置選用120×100×6mm鋼方管，鋼橫梁選用L50×5mm角鋼，連接配件均采用不銹鋼，鋁型材與鋼材之間采用膠條隔離，提高結構的耐久性。

幕墻立柱是幕墻安裝施工的關鍵之一，主立柱具體安裝工藝如下：

（1）以中心軸線為基準軸，按照設計圖紙位置要求向兩側排基準豎框。

（2）外豎向龍骨全部拉彎處理，并且整個花瓣豎向弧度分三段三個半徑的弧拼接而成。將立柱與連接鋼件連接，連接鋼件再與抱箍連接，在立柱安裝就位后做臨時固定，待整體框架安裝調試無誤后，將連接螺栓、連接鋼件?；ò觌[蔽桿件根據所定位軸線將連接件裝配定位。

（3）不同金屬的接觸面應采用墊片作隔離處理。

3.2.6 鋁單板及橫梁安裝

（1）石材接縫采用開縫，對防水有較高的要求，防水采用2mm鋁單板，安裝效果詳見圖9防水鋁單板及橫梁安裝圖。

（2）將橫梁安裝在立柱的預定位置上，要求栓接牢固、接縫嚴密。當安裝完一

層高度時，應及時進行檢查、調整、校正、固定，使其符合質量要求。

（3）橫梁龍骨安裝順序是從下往上。

3.2.7 背栓式石材板塊的安裝

采用背栓式石材幕墻，可實現石材的無內應力加工組合，連接強度高，節省強度值。同時安裝簡便，鋼立柱連接支座可三維調節，易于調整，可無序安裝，安裝速度快，施工周期短。更換亦簡潔易行。

（1）石材板塊鉆孔。背栓的直徑為8mm，鉆孔13mm。擴孔頭15 mm，插入背栓并頂壓后，背栓和石材間加膠墊。擴壓環擠緊錐形孔的錐壁，形成機械嵌固，背栓固定后通過螺帽與連接件連接到龍骨上。石材板塊鉆孔的質量在保證背栓式石材幕墻安裝質量的關鍵，在石材背部用金鉆石鉆頭先鉆圓；將鉆頭順斜底部擴孔，用壓力水沖洗作為冷卻系統。

（2）安裝鋁掛件。通過鋁合金掛件系統開模，解決了幕墻石材板塊鋁掛件之間柔性接觸問題，降低了幕墻使用過程中的摩擦噪音。安裝時，在橫龍骨上的預定位置鋪設膠墊，將鋁制掛件放在膠墊上，用螺栓將掛件與橫龍骨進行連接。然后根據控制線對掛件進行復核，調整掛件的立面直線度，達到要求后再固接并做防松處理。

（3）石材安裝。安裝順序必須按照調配好的石材板號依次安裝；石材上的鋁制托板己在加工廠與石材上端槽口處加彈性膠墊塞緊，并施膠粘接好?，F場只需平穩地將石材板塊抬起，將石材板塊上的鋁合金掛件槽口對準橫梁并緩緩插入即可。

用靠尺檢查并調整石材的垂直、水平及進出位置。如果不符合安裝精度要求，可調整橫龍骨上的鋁制掛件，位置正確后，進行固定。

石材面層的安裝，慧魚背栓件與鋼結構通過304不銹鋼螺栓彈性連接，整個花瓣為不規則雙曲體，所以排版為平板折線，板塊排序非齊頭縫安裝，屬于錯位插接安裝。為了將版面安裝控制在誤差范圍內，首先用等高線的形式安裝中軸線上的石材版面，等高線的依據是水平控制線和折線點的垂線分格距的焦點來控制上下口的進出位，豎向中軸弧線的水平垂直線與橫向弧線相切，用此線與分格點的垂線距離鏡像調整左右進出位，以此順次安裝完成中軸線上的石材面板，然后左右同步按其分格安裝面板，并用其相同半徑的曲向靠尺根據三點定一圓的原理校正雙曲變化值，嚴格控制縫隙在負差內、嚴格控制版面弧度變化值。板材與龍骨連接用慧魚背栓以及配套三聯三維調節鋁合金背栓件，所有緊固件均為304不銹鋼材質A2～70的螺栓。

3.2.8 隱框玻璃幕墻安裝

根據設計圖紙，進行花瓣間、中心底部位置拱形造型玻璃幕墻龍骨及玻璃安裝，見圖12花瓣間、拱形造型玻璃幕墻龍骨安裝，并對玻璃幕墻和石材幕墻交接處收口處理。

4 結束語

寧夏大劇院外傾雙曲面幕墻主體鋼結構桁架變形較大，同時幕墻豎向傾斜角超過60度，石材重量較大，石材龍骨除了受到剪切力作用，同時受到較大拉力作用，不利于整個龍骨體系的穩定性，背栓式石材幕墻作為一種新型幕墻，通過本項目的應用得到升華，可以推廣背栓式石材幕墻應用，提高石材幕墻的耐久年限，節約成本和工期。