铝蜂窝板复合石材在室内曲面异形吊顶中的应用_励强康.pdf

居 舍新材料与新技术472023年1月（中）近些年，随着建筑科技和材料科学的快速发展，工程建设中人们也更多地考虑绿色环保建筑施工，装修材料也在不断地更新。同时由于社会经济文化的飞速发展，人们对建筑观赏性的要求也在不断提高，建筑装饰装修中已不满足于曾经的矩形平面的规则形状，取而代之的则是各种曲面异形构造。传统石材在曲面异形构造中存在自重大、强度不足、加工不便等缺点，而采用铝蜂窝芯和石材面层复合而成的铝蜂窝板复合石材具有重量轻、强度高、造型加工方便等特点，同时还具有隔音、节能等优点，故其越来越多地用到建筑装饰之中。铝蜂窝板复合石材于20世纪70年代被发明后，后续经历了美国、欧洲的多个公司进行研究更新可以批量生产，在国外建筑的装饰装修方面目前应用已较为成熟。1999年，上海浦东陆家嘴金茂大厦的观光层采用了德国产的超薄型石材蜂窝板（大西洋蓝），属于国内首个运用铝蜂窝板复合石材的项目。后续国内厂家也逐渐投入研发产品，铝蜂窝板复合石材逐渐开始在外立面装饰、室内装饰、电梯内饰等领域展开应用，相关的研究也逐步发展，赵彬介绍了石材蜂窝板在外立面幕墙中的施工技术，张美兰对石材铝蜂窝复合板的材料特点、施工操作要点等进行了阐述，林升也借由实际项目介绍了石材铝蜂窝板在装修工程中的应用，丁传奇和张中善对于石材蜂窝板在室内装饰吊顶中的施工工艺和技术有所总结。但对于铝蜂窝板复合石材应用于大面积曲面异形构造的吊顶，目前相关的施工工艺仍不完善，工序及工法仍不成熟。因此，本文探讨的铝蜂窝板复合石材在曲面异形吊顶中的应用就有着十分重要的现实意义，也希望可以借此提高未来相似装修工程的施工质量和成型效果。1 工程概况上海某医院大楼及平台建设项目为国家重大科技基础设施的子项目，位于上海市黄浦区，建筑总建筑面积为54000m2，主楼高58.45m，裙楼高28.45m，地下3层，地上13层，框架剪力墙结构，于2020年11月底完成竣工验收。2022年本项目获得了第十四届中国长三角优秀石材建设工程“金石奖”评选的综合大奖，获奖项目的石材工程的建筑外装饰、建筑内装饰和园林景观的石材工程施工质量和效果均达到当年年度较高水平。其中建筑北大堂的墙地面选用25mm 厚的奥特曼米黄意大利木纹大理石，顶面为圆弧形曲面设计，圆弧截面弧长约5.7m，弧度约55，结构体系采用60*80*5热镀锌方钢主龙骨、20*50*5热镀锌角钢次龙骨构成的型钢龙骨架体，连接构件采用 M8不锈钢双切面背栓式铝合金挂件（单个挂件拉拔试值不小于3.5kN），曲面石材选用了15mm 厚蜂窝铝板+10mm 厚薄板意大利木纹大理石，圆弧顶面面层拼接，同时无缝衔接侧墙面石材，成品整体效果自然，美观大方，在整体精装区域中尤为突出，也是夺得“金石奖”综合大奖的亮点之一。项目曲面石材顶的设计精美、要求极高（见图1），曲面石材顶的施工完成实际成果（见图2）完摘 要在当前建筑行业快速发展的背景下，装饰空间造型逐渐由传统的矩形平面向各种不规则弧形曲面转变。而不规则的弧形曲面造型往往存在设计和施工技术方面的难点，对于曲面异形的石材吊顶，铝蜂窝板复合石材在材料设计、制作加工、施工安装和成品观感等方面均有较大优势。本文结合实际项目，介绍了石材铝蜂窝板在室内曲面造型方面的应用，并从施工技术管理角度对大型曲面异形铝蜂窝板复合石材安装过程中的技术特点难点进行了分析探讨。关键词曲面异形吊顶；铝蜂窝板复合石材中图分类号TU198 文献标识码A 文章编号1674-1900（2023）02-0047-04铝蜂窝板复合石材在室内曲面异形吊顶中的应用励强康（上海申康卫生基建管理有限公司，上海 200070）作者简介：励强康（1968-），男，汉族，上海人，工程师，本科，研究方向为力学与土木建筑。居 舍新材料与新技术482023年1月（中）整呈现设计意图和效果。图1 建筑北大堂曲面顶设计效果图2 建筑北大堂曲面顶局部实际效果2 工程重点难点分析建筑北大堂作为学术研究人员主入口和学术中心主要大厅，设计时考虑能够给人留下大气开扩的第一印象，同时兼顾美学特色和使用需求，最终确定在北大堂东侧35m 长5m 宽的空间内采取圆弧曲面石材顶无缝衔接墙面石材的方案。2.1 深化设计复杂建筑北大堂吊顶工程采用的吊顶结构为异形曲面，造型特殊，为保证吊顶体系受力合理，需在石材构造与连接节点安全可靠的基础上，利用设计软件对钢龙骨架体和石材面层进行建模，设置在南北向1.5m步距，5m 跨距内，导入恒活荷载组合，得到龙骨轴力最大、两向弯矩最大及最大正位移组合，在强度和整体稳定的控制下，试算比选后得到效果较好的结构布置形式，通过计算的结果和过程资料指导后续石材定制加工和钢龙骨架体施工。2.2 石材面层无缝对接为满足大厅美观的要求，顶面石材间拼接以及顶面与东侧墙面干挂石材需做到无缝对接，且需保证35m 范围内整体统一。考虑到温度变形，需在石材吊顶南北方向每隔3m 设置一道变形缝，同时为了不影响整体效果，将此变形缝部位美化设置为平滑顺接的灯带，这对设计方案的节点设计、定制石材的加工运输和现场的施工安装均提出了较大挑战。2.3 安装质量标准高作为国家重大科技基础设施平台交流窗口，建筑北大堂需体现整个大厅精雕细琢的高品质装修效果，这对吊顶在安装时的细节处理提出了更严格的要求。石材吊顶安装工序繁琐，且材料到场后为手工作业，主次龙骨间转换节点复杂，所需安装水准更高，否则容易导致石材安装过程中产生不均匀内力，进而使石材开裂或破碎，影响整个大面效果。3 铝蜂窝板复合石材应用3.1 铝蜂窝板复合石材材料特性铝蜂窝板复合石材相比于普通石材在材料性能上有着更优异的表现：（1）自重更轻：相比于传统石材，铝蜂窝板复合石材采用较薄的石材面层，结合更轻质的铝蜂窝板，自重可降低50%70%。（2）更好的强度、刚度：平面抗拉、层间抗剪、弯曲刚度等力学性能更好，厚度20mm 的铝蜂窝板复合石材的抗冲击强度约为30mm 普通石材的10倍以上。（3）性能更安全：受到强冲击荷载变形后，铝蜂窝板复合石材表面只会在冲击点位产生局部破碎，而普通石材会有辐射性裂纹或整体破裂脱落。（4）色差可控制，材料利用率更高：本项目中采用10mm 厚石材面层，因此在加工过程中可更好地控制同批次的色差，这对于形象展示工程有更大意义。（5）绿色节能：铝蜂窝板复合石材的导热系数为0.328W/mk，只有普通实心石材的十分之一，同时还具有隔音降噪的功能。（6）造型定制方便：材料为工厂定制加工，便于制作成特定的造型，线条流畅、美观大方。同时采用背栓连接，强度可靠，通过挂件定位锁紧在上层钢架上，既保证安装精度，又满足抗震性能要求。3.2 方案比选与确定3.2.1 安全性更好原设计方案采用25mm 圆弧形大理石吊顶，但因重量过大，经医院、代建、设计反复讨论认为存在一定的安全隐患，后调整为15mm 厚蜂窝铝板基层加10mm 厚度贴薄板大理石方案。调整后的铝蜂窝板复合石材板块自重从原来的62.5kg/左右降至约29kg/，单就自重一项便优化了50%以上，安全性能也有了较大保障。居 舍新材料与新技术492023年1月（中）3.2.2 施工更便捷由于铝蜂窝板复合石材的造型加工更加方便，且具有重量轻强度高且不易破碎的特性，其在运输过程和安装施工中更加便捷。同时复合石材工厂定制时可直接加工背栓，现场安装时在挂件上定位锁紧，操作方便且连接强度更高。3.2.3 材料局限性虽然有着更好的材料性能，但铝蜂窝板复合石材在使用中也有着一些不足之处，在本项目应用中也应考虑到位：（1）铝蜂窝板复合石材包括石材、铝蜂窝芯、蜂窝板面层及多个胶粘剂层，其中胶粘剂材料在不同使用环境下性能老化情况不同，而主要材料间的热膨胀性能也存在差异，环境温度差异较大的地区石材面板和蜂窝板之间容易产生附加剪切应力，正常使用寿命难以保证。本项目为医院内的室内空间，室内基本可以保持恒温恒湿，胶粘材料老化情况更好，热膨胀性能差异造成的附加剪切应力也较小，使用寿命得以保证。（2）不同石材的颗粒密度不同，渗水性有差异，由于胶粘剂是一种结构性饱和密封胶，渗水性的大小也决定了对胶粘剂使用寿命及安全性的影响大小，本项目吊顶部位统一采用意大利木纹大理石，渗水性较大且整体面层较为统一，胶粘剂可以更好地发挥作用，安全性较好。综合上述安全性、施工便捷性和材料局限性的考虑，建筑北大堂吊顶工程确定采用15mm 厚蜂窝铝板基层加10mm 厚度贴薄板大理石。4 施工工艺与技术措施4.1 主要施工工艺与技术措施4.1.1 石材工厂内预制加工（1）基于铝蜂窝板复合石材加工要求，根据设计图纸方案进行石材计算机建模深化，得到整体曲面内多区域分段弧度、弧长等全面的尺寸数据。（2）因意大利木纹大理石价格昂贵且对于图案拼合要求较高，在切割前需对大理石原石做好精准的切割规划方案，切割过程中做好排版编号，保证图案纹路的完整性。（3）由于弧形曲面异形加工难度较高，本项目石材板材采用精确数控的绳锯体系，将尺寸数据输入电脑控制终端后绳锯系统进行精准切割，在整个曲面成型切割过程中做好实时监控，减少原石切割过程中的石材损耗。（4）石材面层切割完成后即需在背部开槽预制背栓，背栓加工工序前置可以保证背栓强度，防止安装节点后开安装时对铝蜂窝层、背胶结合层的破坏，增加整体性。（5）铝蜂窝板和石材面层进行复合加工，根据每块石材面板弧度加工后的铝蜂窝板经材料复试合格后方可粘合加工，选用高品质专业粘结剂保证粘结强度。（6）粘结完成后对石材面层进行抛光，对石材边缘进行打磨修边。（7）根据加工次序进行编好后，包装成箱。4.1.2 龙骨钢架施工（1）放线：根据大堂标高基准水平线，在顶部按设计标高四向放线。依照主次龙骨间距尺寸，在顶部标高水平线上划分龙骨分档线。（2）材料到场复核：钢龙骨进场前需做好材料性能和尺寸复核，重点控制钢方通壁厚、角钢截面尺寸等内容。（3）安装主龙骨：根据图纸要求连接杆件和主龙骨焊接牢固，使得60*80*5mm 热镀锌方钢的主要受力架体（竖向、东西横向）与建筑结构梁之间连接可靠，考虑钢龙骨挠度对于复合石材完成面的平整度影响，龙骨安装时中部起拱控制不小于0.5%。（4）安装次龙骨：按图纸分格的次龙骨间距弹好分档线，将次龙骨焊接在主龙骨上。过程中做好50*50*5mm 热镀锌角钢的曲面高度点位控制（竖向）和石材曲面角度点位控制（南北横向）。（5）复核及调整：龙骨安装中，每段均需放线校对复核，做到实时控制实时调整，龙骨安装完成后需要整体验收平整度和高差，对个别误差过大的采取加支撑、加热进行调平，控制误差在2mm 内，满足石材面层对龙骨的平整度要求。（6）防锈处理：本项目采用钢方通及角钢龙骨，过程中做到好满焊，及时做好焊缝处理并涂刷防锈漆，保证焊接质量。4.1.3 石材安装施工工艺（1）按照深化设计和定制过程中编制的分段序号，逐段查看石材表观是否完好、花纹是否连续。（2）安装前完成吊顶内机电管线设备验收工作，并确认吊顶内所有线管穿墙部位均已可靠封堵，过程中产生碰撞的应及时调整，避免局部分段影响整体花纹拼接。居 舍新材料与新技术502023年1月（中）（3）对于顶部曲面石材，首先要通过控制铝合金连接件角度进而保证石材面板安装后的连接平直顺滑（见图3）。图3 曲面吊顶石材挂件角度控制示意图（4）石材安装前进行预埋件的复检，测量定位垫板连接件的位置尺寸，按面板规格分块挂线，为保证曲面吊顶石材与东侧墙面石材无缝对接，石材施工顺序为由东向西，相邻面板间每段均需做好石材挂件的角度控制，保证顶面整体面层拼缝光滑过渡，安装一段后即做好防脱落措施，保证施工过程安全。同时随时检验完成面曲线是否符合要求，花纹是否连续完整。（5）铝蜂窝板复合石材拼接安装后需静置48小时，待龙骨、连接件与石材面板之间完成应力释放，检查平整度符合要求后对拼接位置进行填缝打胶工作。4.2 质量控制要点4.2.1 质量控制分为保证项目、基本项目和允许偏差项目保证项目包括钢骨架和铝蜂窝板复合石材的材质、规格等符合设计要求；钢骨架安装，主次龙骨必须位置准确，连接牢固；石材无裂纹、缺楞、掉角等缺陷，固定必须可靠。基本项