超大面积双曲面穿孔铝板单元板块装配式施工技术

杭州西站候车层吊顶面积约5.8万㎡，吊顶分为十字天窗区域与4个象限两大区域，设计理念为4朵白云飘浮于天空（图1）。

图1候车厅吊顶效果

十字天窗区域“天空”采用钢构下包铝板+透光张拉膜的吊顶形式，4个象限区域采用双曲面雕花穿孔铝板形成4朵白云。4个象限铝板以平面板块拼接，通过铝板之间的凹槽和缝隙形成双曲造型，这样就对双曲铝板的拼装精度及安装精度提出了严格的要求。通过研究铝板的吊装形式和吊装节点，实现装配化作业和吊装就位后的空间可调节，提高劳动生产率，解决施工难题，实现设计效果。

1模型及材料研究

1.1屋面钢结构三维建模

考虑到屋面钢结构在提升过程中易产生偏差，对超大面积空间内的吊顶龙骨空间定位产生影响，因此在深化设计前期，需对既有屋面钢结构进行三维扫描，通过Trimble TX8激光扫描仪对屋面钢结构桁架、网架的结构形式和位置进行三维扫描，建立精准的屋面钢结构模型，为后续大吊顶施工提供精准尺寸偏差 模型。

1.2双曲造型研究

杭州西站4个象限双曲雕花穿孔铝板吊顶顶部为屋面网架球结构，屋面网架球节点布置呈双曲弧形布置，较为规律。考虑吊顶为穿孔铝板吊顶体系，龙骨的布置原则对穿孔的视觉效果影响较大，经过现场样板对比和模型对比，将其调整为吊杆+龙骨的形式。

龙骨布置遵循屋面钢结构的原则，以屋面网架球节点为固定点，顺网架弦杆布置，与钢结构体系空间关系完全匹配，减少龙骨外露效果。原方案龙骨布置如图2所示，龙骨顺网架弦杆布置如图3所示。

图2原方案龙骨布置

图3龙骨顺网架弦杆布置

1.3穿孔铝板材料研究

（1）优化材质和颜色。在双曲面吊顶铝板施工 时，由于铝板板块较大，即使增强铝板强度，铝板板块中间也会存在细微下坠情况，无法避免。为减少此类问题对视觉效果的影响，参考北京大兴国际机场吊顶成功的经验，杭州西站吊顶铝板采用漫反射抵消光高温氟碳油漆，铝板加工时严格控制炉温及高温烘烤时间，采用三涂两烤的工艺，油漆涂膜厚度增加至60μm，光泽度降低至4Gs以下，铝板表面无高光点。铝板吊顶完成后通过逆光检查其平整度和顺直度，减少视觉差异化，提高整体效果。

（2）优化铝板穿孔尺度。铝板冲孔肌理在维持30?%空隙率的前提下，进行图案缩放0.7和0.85两种效果比选，优化后的板面能有效提高折边和转角位置的加工精度。

铝板加工采用模具塔冲工艺，冲孔肌理确定后定制开模，塔冲后再折边加强，加快施工效率。同时，由于铝板密拼折边重合，存在阴影效果，对折边涂刷灰色油漆，削弱其阴影效果。

（3）加强材料强度。为保证视觉效果，单块穿孔铝板之间不设置背筋加强，因此铝板强度是需要考虑的重要因素。

候车大厅平面密拼铝板最大单板块尺寸约5.3?m，属于超大板，因此提高部分较大板块为5005系铝板，5系列铝板属于较常用的合金铝板系列，又可以称为铝镁合金，主要元素为镁，含镁量为3?%~5?%，主要特点为密度低、抗拉强度高、延伸率高、疲劳强度好。

（4）铝板下料及加工。在深化设计模型基础上，采用Rhino3D软件辅助现场实测实量进行下料。分板采用条形板块分隔方式，可见板缝全部为70?mm宽，发挥条形板块在以直代曲应用中的优势，沿十字天窗曲线弧度较大区域进行曲线拟合。

模型调整到位，再进行吊顶整体单元划分，确认后自动生成高精度的电子模型文档，实现下单过程数字化。

2安装工艺研究

2.1安装施工方法优化

在不改变整体造型效果的前提下，取消三角单元内的空间起伏，将每块铝板装配一体，形成1个三角基本单元板块，并考虑吊装单元与钢结构网架匹配关系，将2个三角基本单元地面再组拼为四边形单元，将四边形单元反吊固定于网架上。

由于单元板块组合已组合成型，在吊装安装时，不可避免地会出现安装偏差，需要进行空间微调。通过研究网架球吊装杆件与单元板之间关系，创新性地采用了空间可调节转接件。主要将吊杆底部增加法兰圆盘，通过法兰圆盘与单元板块龙骨的角钢长条孔进行上下左右的空间调节，定位完成后用螺栓加固。

此转接件实现了单元板块的空间调节，施工便捷，控制精度较高，已获得专利。

2.2单元板块地面装配

先将主次龙骨根据排版焊接在一起组成1个大三角单元板块，然后将分拣出来的单块穿孔铝单板与主次龙骨用自攻钉连接成一个个单元板块，龙骨设置在小板拼缝位置。再将2个三角单元组拼为1个四边形单元。对于检修口、照明灯具、通风口等部位，在安装龙骨的同时，应按照尺寸及部位提前预留。

另外，要在预留洞口的四周加设封边横撑龙骨，可将吊顶中心轻型灯具固定在副龙骨或横撑龙骨上；重型灯具按设计要求单独加设吊杆，与吊顶龙骨脱开设置。

3自然光线影响研究

根据设计整体的理念，中间十字天窗为明区，白天可利用自然光对候车大厅进行采光照明，达到节能效果，4个象限为穿孔铝板吊顶，吊顶以上为暗区，遮挡吊顶以上的综合管线和网架结构。但考虑消防因素，在十字天窗侧面、4个象限吊顶区域均设置为玻璃排烟窗。排烟窗的透光及明暗区的分界对穿孔吊顶铝板的视觉影响较大，可透过穿孔铝板看见背面龙骨，影响观感。

针对上述情况，需解决两个方面的问题：一是十字天窗与穿孔铝板明暗分界的问题；二是4个象限排烟玻璃窗较强光线进入网架，局部照亮带来的视觉 问题。

3.1十字天窗与穿孔铝板明暗分界问题

十字采光天窗与穿孔铝板吊顶由于存在近10?m高差，明暗区域交界位置的封堵便显得尤为重要。竖向封堵的原设计方案为30?%孔隙率的穿孔铝板，但候车厅内的人仍可透过穿孔铝板看见十字天窗的明光，并可以看到穿孔铝板吊顶内的龙骨、管线等，对整体吊顶效果影响较大。

因此优化此竖向封堵的作法，将其调整为遮挡格栅，既可以起到遮挡明亮光线的作用，又可以起到消防排烟的作用（图4）。

（a）                  （b）

图4方案优化

（a）原施工方案；（b）优化后施工方案

3.2排烟窗透光问题

4个象限根据消防功能要求均布置了排烟窗，排烟窗顶面为夹胶中空钢化玻璃，侧面为可开启窗。太阳光线从玻璃照射到内部吊顶龙骨中，造成人在候车厅内可透过穿孔铝板吊顶看到背面龙骨，影响视觉 美观。

现将玻璃内侧粘贴太阳膜，主要作用为遮挡可透视强光，达到强光不照射，只显露局部明显的效果，营造出整个吊顶宁静、轻盈的视觉感受（图5）。

图5 排烟窗布置示意

4结束语

杭州西站候车厅吊顶采用双曲面穿孔铝板进行安装，在深化阶段通过对吊顶的模型、铝单板材料、安装工艺节点等进行研究，总结了完善的工艺流程，体现了一定的优越性。

（1）施工工艺简单，可操作性强，特别适合于大跨度、大空间钢结构屋面双曲面吊顶施工。

（2）施工前期深化设计人员需用Rhino软件建模，精确进行三维排版和空间定位。建模前需提前用三维扫描对屋面钢构进行扫描，精准判定钢结构偏差。

（3）在单元板块铝板和屋面钢结构之间采用球节点吊杆、圆盘和特制转接件连接，通过特制转接件实现空间定位调节，保证单元板块之间拼接到位，有效提高了施工效率。

（4）通过将超大面积铝板吊顶分割成多个单元板块，重点盯控单元板块的加工和安装质量，实现装配化作业，安装便捷，施工简单，可大幅缩短安装周期。

（5）吊顶铝板采用漫反射抵消光氟碳油漆，铝板表面无高光点，光泽度降低至4Gs以下，实现整体造型美观，视感宁静、轻盈。

（6）安装方便、可拆卸更换、维修方便。