鋁合金結構與異形裝飾圍護一體化設計與施工

歐陽元文，尹建，劉小蔚，

（1.上海建科鋁合金結構建筑研究院，上海201612；2.上海通正鋁結構建設科技有限公司，上海201612）

1 項目概況

本文介紹的是佛頂宮小穹頂為南京牛首山風景區佛祖頂骨舍利日常供奉地，下部主體結構采用鋼混框架，上部采用鋁合金單層網殼結構，外覆一體化的異形裝飾圍護【1】。本項目以“蓮花托盞，上置佛寶，袈裟護持”構建佛頂宮的整體形態，建成后如圖1 所示。

圖1 佛頂宮建成后實景圖

鋁合金材料因其耐腐蝕性能好、輕質高強、終身免維護，建筑表現張力強等突出特點而作為佛頂宮大、小穹頂的主體結構。小穹頂外層由異型七面體與鋁合金主結構構成，其一體化體系保持了建筑與結構的一致性，保證了建筑造型的精致表達。通過精準的制作、精確的安裝，小穹頂橢圓形的外觀與璀璨的光澤如同寶珠，就像一顆光彩奪目的珍珠，高度契合設計意象。

2 鋁合金結構與異形裝飾圍護一體化設計介紹

2.1 鋁合金主體結構設計

鋁合金結構分為內外雙層，外層網架與異形裝飾形成一體化圍護裝飾系統，內層為結構支撐網架。本文所介紹的鋁合金主體結構為外層網架，結構形狀為橢球體，長軸147m，短軸97.4m，高度為36.3m，總覆蓋面積11245m2，展開面積16305m2，為單層鋁合金單層網殼結構。鋁合金網格邊長約為3m，桿件為工字型截面，截面高度450mm，材質為鋁合金6061-T6，節點連接采用剛性板式節點【2】。

在主結構上外覆與網格尺寸一致的一體化防水鋁板圍護，局部采用玻璃，形成封閉的防水、保溫圍護基層，在此基層上再安裝由鋁板與玻璃組成的異形七面體作為圍護裝飾構件，鋁結構、防水保溫層及七面體裝飾圍護組成復合型一體化系統。

2.2 異形七面體圍護裝飾一體化設計

異形圍護裝飾的設計靈感源自信徒朝拜時雙手合十形狀，設計完成后，每個異形七面體像是一雙雙合十的佛手，寓意萬佛朝宗的建筑意境，遠觀則形成了象征佛陀頭頂的意象造型。其設計的關鍵點主要有以下4個方面。

2.2.1 異形七面體單元外形

為體現佛教建筑的壯觀景象，整個穹頂外安裝了5400個七面體裝飾單元。異形七面體構造如圖2 所示，因網格劃分的曲線為非線性的，對應七面體的形狀需借助計算機編程求解出其函數，再通過自主開發CAD 的數據接口，形成三維線模。七面體單元底部體型為三角形，與鋁合金屋蓋三角形網格劃分保持一致。每個單元由7 塊不同尺寸的鋁板與玻璃拼裝而成，根據建筑采光要求、采光面積來確定玻璃位置和大小。單元底部采用螺栓直接固定于鋁合金桿件上表面預留槽口內，無須增設轉換龍骨，形成一體化構造。

2.2.2 集成化設計

本項目中的集成化設計的目的是實現建筑桿件、節點的標準化，減少工廠加工種類，提高加工速度，便于施工安裝。集成設計形成鋁合金構件的模數制、參數化、數字化，實現體系產品的標準化，同時滿足建筑豐富多變的需求，結合BIM 軟件及公司自編程序進行深化設計，保證從深化設計、加工制造到安裝全過程中鋁結構構配件數據的連貫性、可溯性及自動化生產，構件加工尺寸誤差為±0.05mm，達到GB T/14846—2008《鋁及鋁合金擠壓型材尺寸偏差》規范中超高精級別【3】。

圖2 七面體裝飾單元三維構造說明

2.2.3 設計巧妙、新穎的構造節點

1）充分發揮鋁合金主結構桿件可開模擠壓一體成型的優勢，采用機械精巧的扣壓構造，使得結構與防水鋁板面板/玻璃緊密結合，牢固可靠。

2）七面體的鋁板創新性地采用內側折邊連接，對接平整度好，各面連接緊密連接。且七面體垂直高度＞1m，側面鋁單板尺寸較大，為防止鋁板下撓，設計出特制鋁合金U 型鎖扣，連接相鄰兩塊鋁板，并根據計算設置不銹鋼栓釘，有效減小圍護結構在溫度熱脹冷縮下的變形。

2.2.4 異形七面體鋁板和玻璃的選擇

鋁板：選擇2.5mm 鋁板，牌號3003-H24，氟碳噴涂。設計對鋁板外觀顏色提出了苛刻的要求，最終通過多次嘗試，自調油漆比例，得到近似“珠光寶氣”的暖黃色系外觀。

玻璃：作為景觀建筑，對圍護結構的玻璃采光性要求較高，采用高反射率雙層夾膠鋼化安全玻璃（6+1.52+6）。

3 鋁合金結構與異形裝飾圍護一體化施工介紹

小穹頂鋁合金結構與異形裝飾圍護一體化施工過程中的重難點如下：

1）主體鋁合金結構基層圍護層安裝完成后，表面坡度最大處達70°，安裝難度大，定位精度要求高，需采用地面預拼裝，將七面體框架組裝好，再進行吊裝。為防止七面體吊裝時變形并防撞，針對本項目吊裝特點研發了特制的吊籃，用于吊裝七面體，裝置具有避免鋁板劃傷、割裂，易固定等特點，方便、有效、經濟。七面體在吊籃中臨時固定，起吊到對應安裝位置。然后通過已安裝的鋁合金壓條與鋁合金結構連接。

2）七面體準確吊裝到預定位置后，通過不銹鋼螺栓與主結構預留的卡槽進行連接，螺栓初擰為定位，終擰擰緊至設計擰矩，螺栓擰緊順序需嚴格依照施工組織設計進行，不可隨意操作。

3）精確的定位測量放線、復測是圍護結構與主體結構順利安裝的前提保證。在深化設計階段導出各控制點的建筑物城市坐標系以及建筑坐標系，加密控制網，測設七面體各控制點，并根據需要進行導線點加密，通過動態的復測、比較、糾偏等措施，消除累計誤差【4】。

4 結語

鋁合金主體結構與異形七面體一體圍護系統在本項目中的創造性運用，較好地展示了佛教建筑神圣的建筑意象，最終實現了美輪美奐的建筑外觀造型。而且是鋁合金結構與圍護的一體化構造多功能屋蓋體系，不僅滿足建筑圍護要求，而且實現防水、保溫、降噪、吊掛等多種使用功能。在異形七面體圍護與主結構一體化設計與施工工程中，合理且創新性的設計，有序科學的施工方案及措施設置，標準精確的工廠制造，有效地解決了該體系實施中的各個難題，最終取得了良好的效果，完成了鋁合金結構又一里程碑式建筑，并為今后類似項目的應用積累了寶貴經驗。