异型铝合金装饰格栅圆管施工技术

驻马店国际会展中心平面呈边长390?m的圆角正三角形，主要由4个大展厅、2个中展厅、1个常年展厅和1个登陆大厅、宴会厅、剧场组成，建筑面积15.6万m ² ，总投资20亿元，是目前驻马店市单体面积最大的公共建筑，也是该市的新地标。

本工程外立面由玻璃幕墙和淡金色铝管组成，铝管为小麦秸秆的形状和颜色，褶皱寓意为随风起伏的丰收麦浪。该系统位于屋面与立面之间，沿着四周高低起伏，铝合金格栅外表面处理为氟碳喷涂，格栅间距为400?mm，格栅背后的立面幕墙为蜂窝铝板或石材，面积约5万m ² ，4.5万根尺寸不一的铝合金格栅装饰圆管，以上中下3条线控制造型，按照70°夹角控制龙骨及格栅方向，整体呈空间扭曲飘带的形状（图1、图2）。 

图1?总体造型设计

图2?建筑立面效果

1?设计及施工难点

1.1?装饰管设计难度大

（1）本工程整体造型设计围绕建筑形成空间扭曲飘带状圆环（图3），以实现随风起伏的麦浪的效果。

图3?扭曲飘带状圆环

（2）圆管有3种颜色（色号为7.5Y 9/2 0062、6.3Y 8.5/3.6 0072、7.5Y 7.5/2 0081），分别按80%，15%，5%的比例随机排布。

（3）双曲面，凹凸不一的装饰骨架构造支撑；装饰圆管需按不同空间、不同角度排布、定位等进行节点设计，形成随风起伏的丰收麦浪的复杂形状。

1.2?施工难度大

（1）钢结构桁架圆管垂直方向分布间距9~18?m，水平方向分布间距4~6?m，作为支撑结构钢结构跨度大；桁架圆管分布标高在7.400~28.500?m之间，高度高，安装定位难度大。（2）铝合金格栅圆管总面积达5万m ² ，有4.5万根尺寸不一的装饰格栅圆管，主龙骨超过6?000根。（3）铝合金格栅圆管总计超过1万个龙骨安装定位点，47?452个格栅安装定位点，施工测量定位控制难度大。

2?工艺优化设计

2.1?装饰管设计思路

整体设计及安装思路为采用模块设计、划分单元、预制拼装、装配式安装。

2.1.1?根据空间造型明确控制线

根据异型装饰网架空间造型分析变化规律，进行空间切割，划分小模块扭曲面。本工程异型铝合金装饰格栅圆管由9条空间折线控制整体完成面造型，形成飘带式的装饰面，故从第5条空间折线切割将立体空间分成上下两部分，进行小模块扭曲面划分，以控制造型（图4）。

图4?整体上下分割

（a）造型Ⅰ类分割；（b）造型Ⅱ类分割

2.1.2?划分组合单元以方便加工

小模块扭曲面划分即组合单元划分，对上下两部分的立面分别进行单元模块的扭转面划分，总计划分为2?000个扭转面；由4个扭转面合为1片组合体（图5），划分为500个（外圈）+148（内圈）个大板块的组合体；大板块组合体可分为4个小分格，共形成2?592块规格约5.2?m×3?m的格栅板块，以便于快速加工。

图5?4个扭转面合为1片组合体

2.1.3?装配式组合，高效施工

单块板块宽4~6?m，高9~23?m，板块面积36?~ 120?m ² ，大量板块在50?m ² 左右，最大板块重约2?t，在地面进行拼装。铝合金装饰挂码、合页螺栓等节点设计完成装饰管定位安装。由于采用地面拼装及分片吊装两大步骤，完成了大量装饰圆管的加工、安装，实现了高效施工。

2.2?设计方案

2.2.1?装饰支撑骨与主体结构连接设计

装饰网片与主体结构连接设计满足了三维安装定位要求，减少了现场高空焊接量和构造板件，在现场实体按四种方案进行对比综合分析，即： （1）方管龙骨调节方案，底座与竖龙骨连接； （2）圆管龙骨调节方案，底座与竖龙骨连接； （3）单根水平龙骨方案； （4）双层方管龙骨方案。

经对比分析，在方案二基础上进行优化设计，横竖龙骨为矩形管，装饰管与横龙骨之间采用铝合金合页螺栓连接，横竖龙骨采用槽钢与主体结构焊接。

2.2.2?网片支撑骨架设计

为便于横龙骨与装饰管连接，采用矩形管。由于竖龙骨圆管切割较难定位且拼焊时易翻滚，故改用矩形管。

2.2.3?装饰管定位安装设计

由于装饰管与横龙骨之间的夹角和距离均有差异，既需适应装饰管与龙骨间角度，又要使连接片和两个空间面完全贴合，故利用合页的工作原理，通过合页连接次龙骨与装饰管。装饰管设计为单螺栓临时定位，可适应装饰管与横龙骨间的夹角变化；再补充1个螺栓防止旋转，待装饰管安装完毕后用自攻螺丝锁死，并将合页与装饰管固定（图6）。 

图6?装饰结构做法

3?结构构造设计

通过铝合金格栅圆管装饰结构设计方案分析优化，结构构造设计为：装饰骨架主龙骨、圆管固定的横梁、与装饰骨架调节支撑及焊接形成装饰架，并通过装饰骨架斜撑与主体钢结构弦杆焊接连接。铝合金格栅圆管通过铝合金装饰挂码（图7）固定在装饰骨架横梁上。铝合金格栅圆管与铝合金装饰挂码采用M6×25不锈钢螺栓连接，装饰架横梁与铝合金装饰挂码采用M8×160不锈钢螺栓连接。

图7?铝合金装饰挂码

4?装配式安装技术

4.1?BIM深化设计

应用BIM软件完成幕墙表皮板块参数化深化设计，将板块计算框架输入SAP2?000进行板块强度与应力计算，指导方案优化；根据板块自动生成装饰管、龙骨、转接件，以便于工程计量及物资招标采购；参数化自动输出板块加工图及安装定位数据，高效指导现场加工、定位及安装。

4.2?标准件加工

异型铝合金格栅管装饰结构的单元格栅分格效果见图8，图中L1为该单元装饰架上口距离，L2为该单元装饰架下口距离；DIM1和DIM2分别为格栅管上口及下口的分格尺寸。先定位该单元最边侧两根铝合金格栅管的位置，与最近装饰架主龙骨的距离为200?mm，装饰管设计间距为400?mm。

图8?板块加工图及安装定位数据

由此，不同造型装饰管安装与支撑骨架加工均实现了标准化加工，地面加工顺序依次为：竖向圆管钢龙骨、方管横龙骨制作加工→方管横龙骨定位→竖龙骨定位→横竖龙骨组框→铝合金装饰管切割备料→铝合金装饰管安装。

4.3?一体化安装

整体构造加工安装采用模块设计、划分单元、地面拼装、分片吊装的工序。通过控制横梁、装饰管完成面的10个定位点控制单个大板块完成面造型。按最不利板块尺寸及重量选择起重机，采用汽车式起重机四点吊装，配合曲臂车、卷扬机牵引就位，完成格栅装饰圆管安装（图9）。

图9?单块吊装单元

5?结束语

（1）异型铝合金装饰管支撑骨架的斜撑在与主体结构简单连接同时其长度调节与主体结构的距离，结构形式简单，受力合理；通过铝合金装饰挂码的角度调整各格栅管的角度，方式简单。该做法满足了复杂主体结构的建筑装饰设计要求，能满足各种角度的装饰需求。

（2）根据建筑外观需求选用不同颜色、尺寸的铝合金格栅管，通过控制各类铝合金装饰管的尺寸、分布、间距、颜色、长度，形成了不同的建筑艺术效果。

（3）根据主体结构外形，合理划分单元，提前在地面完成支撑骨架加工以及铝合金装饰管在支撑骨架的安装定位，再分单元吊装与主体结构连接。在与主体结构固定后，仍可通过铝合金装饰挂码微调局部装饰管的角度。采用装配式施工减少了高空安装量及安装难度，提高了装饰管的安装效率，保证了异型铝合金装饰管的施工进度和施工质量。