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蘇州博物館新館工程外立面裝飾施工技術

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2017/07/13 14:43
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【摘要】蘇州博物館新館工程由國外建筑師設計,其中有相當的建筑節點和構造做法為國內首次,因此在施工過程中遇到了較多的技術難點,本文重點介紹了解決博物館新館中有關技術難題時所采取的相關施工技術?!娟P鍵詞】博物館新館?金屬板屋面防水鋼結構?干掛石材?板塊幕墻?鋁合金遮陽格柵?古建筑鋼結構托換1.工程概況蘇州博物館新館選址于蘇州老城區東北街和齊門路交匯處,與太平天國忠王府及“世界歷史文化遺產”拙政園相鄰。
【摘要】蘇州博物館新館工程由國外建筑師設計,其中有相當的建筑節點和構造做法為國內首次,因此在施工過程中遇到了較多的技術難點,本文重點介紹了解決博物館新館中有關技術難題時所采取的相關施工技術。
【關鍵詞】博物館新館  金屬板屋面防水 鋼結構  干掛石材  板塊幕墻  鋁合金遮陽格柵  古建筑鋼結構托換
1.工程概況
蘇州博物館新館選址于蘇州老城區東北街和齊門路交匯處,與太平天國忠王府及“世界歷史文化遺產”拙政園相鄰。工程總建筑面積為二萬多平方米,建筑標準屋頂高度為6.9m,最高高度17.5m。地下一層,地面二層,基本結構為鋼筋混凝土框架剪力墻結構體系,金屬輕型鋼架屋蓋結構的建筑。博物館主體建筑以“中國黑”火燒噴砂面石材和白色墻面為主基調,外墻裝飾主要由干掛火燒面石材鑲邊和鋁合金龍骨板塊墻面、SKK白色彈性涂料組成。通過對傳統古建筑坡屋面的幾何轉形而設計出的現代開放式鋼結構、干掛石材、鑲嵌玻璃天窗的頂棚結構,構思復雜,布局別致,形體各異。坡頂采用的中國黑花崗石既不同于到處可見的灰色小青瓦屋面,又在色彩和紋理上取得了統一,避免了千篇一律和格格不入?,F代化功能的博物館處處體現出傳統建筑風格精髓的延伸和詮釋。建筑三維效果見圖1。
 
圖1    博物館新館三維透視圖
2.防水工程施工技術
2.1通過摻加外加劑,提高混凝土自防水能力
結構自防水是整個防水工程的第一道防線,而博物館工程無論是地下室底板還是頂板,由于標高高差變化較大,且埋深不同,地基土承載力變化不均勻,混凝土構件特別是地下室外墻板及易出現裂縫,因此提高混凝土的自防水功能,減少混凝土裂縫是關鍵,我們在地下室混凝土中摻加了ZF-Ⅲ膨脹劑(泵送型)和長堅-12牌聚丙烯纖維,在外墻板迎水面增配φ6@200抗裂鋼筋來提高混凝土抗裂能力。同時在混凝土施工過程中嚴格按照大體積混凝土施工工藝進行材料試驗、溫度監測和覆蓋保濕保溫,確保了整個地下室墻板施工完成至今未發現有肉眼可見的裂縫,提高混凝土自防水的作用。
2.2依據施工環境,合理選擇防水材料
根據強制性標準以及博物館工程設計考慮達到一級防水等級,使用年限達25年以上的要求。地下室防水應具備剛性和柔性兩道防水層,在柔性防水材料的選擇上,我們結合施工現場實際情況,選擇了SikaTop Seal 109防水涂料同TS-F高分子防水卷材組成的復合防水層。兩種材料的共同優點是可在潮濕基層上直接冷施工,無毒、無味、無火險、無污染,無燙傷和中毒等事故隱患,施工安全可靠。
建筑設計在地下室頂板上除布置一定的室內空間外,從-2.2米開始到±0.00陸續設置一個花園水池、七個種植庭院、兩個水景花園等,因此頂板的防水防滲要求相當高。由于設計在圖紙上僅規定了做法和防水層的層數,例圖6所示。為此我們從±0.00以上開始將防水層分為主防水層和次防水層。
a、主防水層:設計中緊貼在現澆鋼筋混凝土結構上的一道柔性防水層,是防止水滲入地下室的主要防線。主防水層連續完整,不易被其它層次構造所阻斷;基層較為堅實,變形較??;在以后的使用過程中通常長期處于水下或潮濕環境中。主防水層我們采用由1.5㎜厚聚氨酯防水涂膜和4㎜厚SBS改性瀝青防水卷材組成的復合防水層。
b、次防水層:設計中設置在主防水層以上的其它防水層,是防止水從一處景觀滲入其它景觀的主要防線。次防水層我們采用4㎜厚SBS改性瀝青卷材防水層。
根據以上劃分我們再進行分類,組織施工,在施工過程中抓好原材料進場復試工作,嚴格控制每遍的施工質量,達到不漏不滲要求。
2.3金屬板屋面防水工藝
建筑設計以干掛菱形石材屋面板為裝飾層,雨水通過菱形石材間26毫米的縫隙流入鋪設于鋼屋架上的金屬板和金屬天溝后,與先期預埋在混凝土墻板內的不銹鋼雨水管連接,有組織排放。為保證建筑使用年限內金屬板不腐蝕,我們采用了3毫米不銹鋼板作為金屬防水板,采用亞弧焊滿焊拼接。為避免大面積金屬板受溫度變化而拱起,不銹鋼板豎向拼縫間設置了“V”型槽,同時也便于雨水的匯集排放。采用不銹鋼金屬防水板的另一個優點在于方便干掛菱形石材不銹鋼掛件的同材質焊接。
3.鋼結構施工技術
蘇州博物館新館屋面結構由171榀輕型鋼結構人字屋架和若干個空間桁架體系組成,共計鋼構件600噸左右。除部分人字型屋架和主桁架采用“BOX”形式外,其余構件大量的采用壁厚2厘米,直徑φ89~φ216非標圓管拼接組成。由于建筑設計師要求大量的鋼結構為外露構件,除按規范要求進行防火涂料處理外就直接是氟碳噴涂面,施工難度在于圓管的相貫切割、多桿連接節點觀感、圓管的全熔透焊接質量以及構件的加工、安裝精度和防火涂料面的氟碳噴涂施工工藝。
3.1 Xsteel軟件的加工圖設計
Xsteel軟件是一個專門用于鋼結構詳圖設計的軟件,我們把所有鋼結構及其所支撐的混凝土墻板在Xsteel里建成一個1:1的3維模型,建模完成后由建筑師與結構工程師在三維圖中復核每一構件的標高和節點尺寸,準確無誤后出具深化設計加工圖。同時利用軟件將某些空間結構形式比較復雜的部位,向制作和安裝工人演示、交底,確保了整個博物館工程鋼結構的施工精度。
3.2滑動支座的應用
博物館鋼結構人字型屋架上部為干掛石材屋面,附加在鋼結構上的荷載較重,屋架容易變形,為控制鋼架產生過大撓度,避免影響石材干掛的平整度,必須控制鋼架支座的水平位移量;但是如果限制過大,將會造成支座鋼筋混凝土墻板的變形開裂。因此采用了一端固定支座,另一端滑動支座型式,允許鋼架水平滑移2厘米(通過滑移限位控制),以釋放部分水平推力。在使用171只滑動支座后,未發現混凝土墻板水平開裂,屋架撓度控制在0.5~0.8厘米以內,保證了屋面石材鋪貼的平整度。
 
3.3鑄鋼節點的運用
博物館的空間管桁架結構,造型復雜,管材管徑小、壁厚、多管相交,通過采用等強度鑄鋼節點,避免大量的焊縫在節點處交匯,減少焊接變形及殘余應力,將相貫焊縫轉化為鑄鋼節點與管材的等強度對接焊縫。保證了焊接接頭外觀質量,又滿足了建筑要求。
3.4防火涂料表面的氟碳噴涂工藝
博物館新館鋼結構設計要求是一級防火,所有鋼結構表面均須涂裝2小時超薄型防火涂料,因防火涂料表面較為粗糙,而建筑師要求鋼結構外露部分給人以一個整體、光潔、閃亮的金屬感,結構工程師不允許打磨焊縫,建筑師要求看不出焊縫。通過專題研究,首先將現場涂刷的防火涂料與氟碳面漆專用膩子做相熔性試驗,無反應后進行現場試驗;其次對非自動埋弧焊即焊縫較粗糙的采用金屬膩子批嵌、打磨光滑;然后考慮到防火涂料的膨脹系數與氟碳涂料的膨脹系數不一樣,為避免日后氟碳表面的開裂,采用“環氧樹脂+高強度WX無紡布”對防火涂料進行包裹,再對其進行批刮膩子、打磨等工序。最后進行氟碳漆的噴刷。通過樣板實驗,按此施工的構件最后效果得到了建筑師的認可。
4.鋼結構屋面干掛石材
采用“中國黑”花崗巖火燒面板作為屋面裝飾材,通過金屬掛件將菱形石材和金屬屋面有效而成規則的連接,以石材的外觀風格展示屋面的裝飾效果,以金屬屋面板作為屋面防水,形成封閉的防水系統,是建筑師深思熟慮的結果,體現了其“蘇而新”的設計理念。即繼承蘇州傳統小青瓦的特色,但又不被傳統所束縛。這種屋面做法在國內尚屬首次,絕無僅有。
5.外墻板塊幕墻施工技術
博物館外墻設計以粉墻黛瓦為藍本,以白墻為主色調,通過運用干掛石材鑲邊加以烘托。其做法界于鋁板幕墻和石膏板內墻之間,是一種全新的外墻裝飾工藝。作為博物館工程施工的關鍵技術難題,我們成立了專門的QC小組,先后進行了四次PDCA循環,通過咨詢國外的裝飾板施工廠商,在沒有一家采用不留縫拼裝的先例情況下,為滿足設計不留縫的要求,最終研究出了以鋁合金龍骨為基架,雙層變形量較小的埃特板為面層,涂刷SKK高彈涂料的外墻施工工法。在拼縫處理上通過在板縫內批嵌高彈膩子,加貼抗裂紙、網格布雙重加強,彈性涂料增加涂層厚度等方法來避免裂縫的可能。最終取得了較好的效果,得到了設計師和有關各方的認可。
6.鋁合金型材線切割及多桿拼裝
蘇州博物館新館除大量采用石材屋面外,鋁合金玻璃頂也較多且大部分為錐型和三角形。設計對鋁型材的截面形式和型材厚度均作出了明確要求。由于鋁型材單位長度用鋁量較大,造成成型型材彎曲變形,通過型材加工廠的多次試模、調整,成功的克服了技術難題。在多桿多角度管材拼接上,工場切割斷料又遇困難,為此通過AutoCAD計算機輔助系統,按照工程設計間距繪制出型材的頂面和底面展開圖及三維圖,再通過購進精密多角度切割機具進行下料,工場預拼裝,來保證半成品的加工精度。最后進行現場組裝,一次準確到位。
7.可拆式仿木紋鋁合金遮陽格柵
可拆式木紋鋁合金遮陽格柵是以鋁合金型材為基層,通過木紋印刷,制成仿木鋁合金型材并拼接而成的格柵。其通過構件連接在固定玻璃窗的背面,既起到遮陽作用,也達到了很好的裝飾效果。設計采用鋁合金遮陽百葉而不采用木制百葉的首要目的是為避免木制品因長期受陽光照射而發生變形,其次是作為一種木制品的逼真替代品,解決了不可再生資源的節約保護問題,為今后建筑設計和施工裝飾替代用材提供了一個成功先例。在博物館開館后,有不少參觀者并未意識到遮陽格柵為鋁合金制成,在介紹后方才嘖嘖稱贊,可見其逼真程度。
8.建筑節能技術的運用
8.1圍護結構的保溫體系
在導熱性能較低的鋼筋混凝土外墻外側再設置保溫層、空氣隔熱層、15毫米厚雙層埃特板;內側設置木龍骨雙層石膏板飾面,使原250毫米厚墻體增加至450毫米。該施工工藝比目前推廣的外墻外保溫做法更為考究,在國內尚屬首次。大大增加了墻體的隔熱效果。在鋼結構屋面系統中采用30毫米厚B-1級阻燃擠塑保溫板,同時在金屬防水板上干掛2厘米石材裝飾,其主要功能雖然起建筑裝飾效果,但由于石材與金屬板間有2厘米架空層,石材起到了架空隔熱作用,消除了熱橋、穩定了室內環境,使建筑物冬暖夏涼,降低了建筑物的運行成本。由于不銹鋼天溝部位設計未作任何處理,為防止冷橋、結露的出現,我們提出增加阻燃橡塑保溫材料,將混凝土墻與鋼結構不同界面交接部位的保溫盲點處理好,有效的提高了圍護結構的保溫隔熱能力。
8.2中空低輻射節能型門窗應用技術
博物館作為展示和存放文物的場所,對室內的溫濕度要求較高,空調系統須24小時運作,如何節約建筑的運行能耗,是一項致關重要的工作。該工程門窗和玻璃頂采用了中空夾膠、LOW-E膜玻璃,6毫米鋼化玻璃、12毫米中空層、6毫米加6毫米夾膠玻璃,LOW-E膜位于面層玻璃第二界面。由于低輻射率玻璃具有與普通玻璃相比可將80%以上的紅外熱輻射反射回去,同時在可見光波段上保留高透射率的優點,在冬季阻止室內紅外熱輻射向外泄露,在夏季阻擋室外紅外熱輻射進入室內。中空玻璃具有增加熱阻作用。雖然一次性投入相對偏大,但對于須二十四小時運作空調系統的博物館而言,長期的節能效益非淺。
9.綜合評價
在蘇州博物館新館工程施工過程中,始終以滿足建筑設計需求為原則,通過技術革新,來確保施工質量,提高施工精度。在施工做法上借鑒國外經驗,中西合璧,技術創新,研究出一系列科學合理的施工工法,以符合建筑師“中而新、蘇而新”的設計理念。蘇州博物館新館是古典建筑與現代建筑的結合體,她為今后的建筑設計與施工提供了借鑒。 

 

 

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