超宽空心焊接铝板翻转窗棂幕墙做法探究

超宽空心焊接铝板翻转窗棂幕墙做法探究

 侯康登  刘德利  刘京川  

 中铁建工集团第三建设有限公司，天津 300450

[摘要]  结合新建大瑞铁路大保段保山站房幕墙系统的工程实践，主要从工厂加工和现场拼装角度对其应用的空心铝板窗棂工艺进行了深入研究和技术攻关，总结提炼出一套创新的现代幕墙施工工艺并成功应用于保山站，从而实现了单扇窗棂本身的历史厚重感和立体感。同时，铝板窗棂反射阳光的明暗反差展示出虚实对比的艺术美感，符合现代铁路建设一站一景、站城融合的发展理念。保山站房幕墙优良的安装效果验证了技术方案的有效性和艺术性，为后续铁路工程的建设提供了很好的借鉴意义。

[关键词]铁路;幕墙;空心铝板;氩弧焊;翻转;T型钢板连接件

中图法分类号  TU767；              文献标志码  A



Structural Design of High-rise building

HOU Kang-deng

China Railway Construction Engineering Group Co., Ltd, 100010,Beijing,China 

[Abstract] Combined with the engineering practice of the curtain wall system of Baoshan station in the Dabao section of the new Darui Railway, mainly from the perspective of factory processing and site assembly, the technology of hollow aluminum window lattice is studied deeply, a set of innovative modern curtain wall construction technology is summarized and successfully applied in Baoshan Station, Thus realizing the historical weight and three-dimensional sense of the single window lattice itself. At the same time，the contrast of light and shade reflected by the sunlight of the aluminum window lattice shows the artistic beauty of the contrast between virtual and real, in line with the modern railway construction of one station one scene, station city integration of the development concept. The excellent installation effect of the curtain wall of Baoshan station verifies the effectiveness and artistry of the technical scheme,and it provides a good reference for the subsequent construction of railway projects.

[Key words]  railway; curtain; hollow aluminum plate; argon arc welding; flip; T-shaped steel plate connector

建筑是一个国家技术经济发展水平的重要标志。随着我国经济的快速崛起，城市化的步伐越来越快，人民群众对于建筑从最初的安全性功能性要求逐步提高到对外观效果甚至艺术性的追求。幕墙是最能直观体现建筑特色和艺术性的建筑形式。

我国建筑幕墙行业经过几十年的发展，粗放式的施工模式已无法满足经济社会发展的需要。实际工程中，从幕墙设计、图纸会审、工厂加工及至现场施工一系列环节中，都要求精益求精，可谓工程不成，精益不止。针对幕墙施工中出现的关键技术问题，本工程项目管理团队积极组织科研试验和技术攻关，始终坚持走技术创新的发展道路，不断开发新产品，形成优化产业结构、可持续发展的技术创新机制。本论文结合大瑞铁路保山站幕墙系统施工实例对铝板幕墙新工艺进行系统的分析和研究，并希望总结提炼出一系列创新做法。

1  工程概况

新建大理至瑞丽铁路位于云南省西部地区，线路全长330km，其中大理至保山段全长133km。中铁建工集团承建的新建大理至保山段站房及相关工程包括保山站、永平站、漾濞站三座站房及相关工程。站房总建筑面积18000m2，站台雨棚总建筑面积28000m2。其中，保山站位于云南省保山市隆阳区，为线侧下式中型铁路旅客车站。保山站共设置3台7线，其中基本站台1座，岛式站台2座。站房建筑面积12000m2，站台19250 m2。站房结构形式为钢筋混凝土框架，屋盖为钢网架结构。

站房幕墙由中部铝板窗棂玻璃幕墙和两侧浅灰色石材幕墙组成。

保山站房立面中部采用木纹色铝板幕墙，原设计铝板为3mm折边铝单板，与玻璃幕墙平齐。为实现幕墙的立体感和艺术美感，将3mm铝单板优化为20mm厚空心互熔焊铝板，相对于玻璃幕墙向外水平翻转7.1°。通过加工工艺的优化、现场安装角度的调整，摒弃了常规幕墙千篇一律的刻板印象。古色古香、明暗错落的铝板窗棂与一尘不染、绿色节能的低透玻璃相得益彰，表达了历史与现实虚实对比的艺术美感（图1）。

图1

2  工艺特点

2.1  单幅面积超大

幕墙铝板窗棂采用3209*1800mm超大镂空板幅（图2），需要特殊定制，工厂加工及现场安装要求高。

图2

2.2  组成单元复杂

整幅铝板由四周收边空心铝板、中部圆形及弧形定制造型方管、加固构件1（图3）组成。

2.3  加工难度极大

（1）中部圆形造型为不同方管排列组合焊接而成。为满足安全耐久及美观实用的要求，方管全部采用厚度2mm定制铝管。经实物样板验收，研究出针对组合部分的特制加固构件（图3）。

（2）四周铝板需带角度双边镶边，人工打磨（图2），以满足安装完成后水平翻转7.1°的要求。

（3）整幅板组合前中部大小同心圆及半圆处需开模，开模数量达3套。每幅铝板焊缝数量巨大，人工焊接数量达420百处。焊接完成后全人工打磨抛光、补底料处理。

（4）造型整板完成后做四面氟碳喷涂，因造型复杂，喷涂不到位需人工再次补喷涂，经测算人工喷涂面积达喷涂总面积的45%。

图3

2.4  工艺别具匠心

（1）放弃传统的铝单板折边工艺，创新采用铝板互熔焊技术，将单薄的3mm铝单板优化为20mm厚空心铝板，与中部造型方管有机地组合到一起，更富立体感与艺术表现力（图4）。

图4

（2）整幅超大铝板全部在工厂加工完成，大大减少了现场的焊接、打磨、喷涂的工程量，既保证了加工的精细化，又缩短了施工工期，实现了新型装配式建筑的理念。

（3）经与设计及安装人员的研究探讨，根据复核结构受力及现场样板施做，大胆的提出采用5mm厚定制T型钢板连接件固定整板的方式（图5）将铝板悬浮于玻璃幕墙之外的做法，很好地实现了铝板水平向外翻转7.1°的要求，达到了安全性与艺术性的统一。

（a）贴近玻璃端连接方式

（b）远离玻璃端连接方式

图5 T型钢板连接件连接示意

3  关键工艺和技术

3.1  工厂化加工

3.1.1 加工流程

识图→下料→接单→材料领用→剪切→折弯→焊接→组装→喷涂

3.1.2 操作要点

（1）识图

工程技术人员首选详细查看图纸，在充分领会设计意图的基础上，积极与建设单位沟通，了解建设单位对装修整体效果的需求。重点了解非标铝型材。

（2）下料（加工图绘制）

根据设计意图及建设单位的要求，与加工厂技术人员充分考虑实现目标效果的方案，优中选优，形成料单及加工图。料单中明确材料规格、编号、数量；加工图中明确构件加工尺寸、材料要求及误差范围，重点采用详图说明特殊构件做法（图3）。

（3）接单

接到料单及加工图后，接单人员首先了解加工图含义，核实料单所指数据及附图是否相符。对于非常规的型材应根据需求进行开模。整幅板中部大小同心圆及半圆处需开模，开模数量达3套。在料单数据及简图吻合的条件下，接单人编制材料计划及办理其领料手续。

（4）材料领用

1）必须先开物料领用单到材料部通过核实。

2）按领用单所指材料型号、规格、色泽发放。

3）搬运到切割机前待切割。

（5）剪切

1）切割板块前将加工单数据作再次复核， 做到万无一失。

2）切割要求其一操作员报数要准确， 两人同时进行切割尺要准确。

3）送板块进行剪割时， 板块饰面必须向上， 避免饰面损伤。

4）切割好的板块要轻放清洁平台，避免板块饰面受损。

（6）折弯

1）折弯前必须复查所折材料是否与料单吻合。

2）复核无误后定型划线。成品尺寸减去板厚尺寸等于实行划线所需尺寸。整幅板中主要为圆形及弧形方管，为保证后期焊接及安装精度，必须确保实行划线尺寸准确无误。

3）型材锯口要求折边后进行，目的是保证饰面完美无损。

（7）焊接

采用氩弧互熔焊将多个铝材组件焊接在一起。本工程单幅铝板焊接工艺复杂，焊接工程量巨大。

1）边板采用3mm铝单板互熔焊工艺：将两块铝板通过连续脉冲模式进行互熔焊，最终形成20mm厚空心铝板。连续脉冲模式对焊接工人操作工艺要求很高，因此需要专业工人进行相应施焊。

图6 焊接过程

图7 焊接完成效果

2）中部弧形造型单元十分复杂，弧形占单幅板面积的56%。中部造型需开模定制直径690mm、405mm同心圆及直径195mm半圆，开模数量达3套。单幅板中部方管人工焊缝数量多达420处。方管采用厚度2mm定制铝管，铝管切口必须整齐，焊接前对板材预热处理，确保焊透，收弧时要用小电流收弧填坑。焊接完成（图8）后全人工打磨抛光、补底料处理。

图8 焊接完成效果

3.2  精准化安装

3.2.1 安装流程

测量放线→后置埋板→立柱安装→横梁安装→T型连接件安装→玻璃板块安装→整幅铝板安装→交验

3.2.2 操作要点

（1）测量放线

根据提供的基准点及控制网图上的数据，用全站仪对基准点轴线尺寸、角度进行检查校对，对出现的误差进行适当合理的分配，经检查确认后，填写轴线、控制线实测角度、尺寸、记录表。将测量结果与装修及安装单位统一签认，以确保现场采用统一的测量基准。各方确认后方可进行下一道工序的施工。

（2）后置埋板

1）后置埋板与主体连接必须采用4根化学锚栓固定牢固，主体结构不平整之处要剔凿，剔凿处用角磨机磨平后再安装。

2）钻孔位置:为了避免建筑材料破碎剥落与出现裂缝,并使锚栓承受必须的荷载,应遵守规范对边距与间距要求,边距不小于40mm。

3）钻孔深度：钻孔深度必须大于锚固深度，以确保有足够的抗拉拔能力。

4）拉拔试验

化学锚栓安装完成后须进行拉拔试验，以保证幕墙系统整体的安全性。对于拉拔试验不合格的锚栓，需重新进行钻孔打胶。在锚栓拉拔试验合格后才可进行下道工序。

（3）立柱安装

1）立柱为竖向构件，是幕墙安装施工的关键之一，它的质量影响整个幕墙的安装质量。通过连接件幕墙的平面轴线与建筑物的外平面轴线距离的允许偏差应控制在2mm以内，特别是建筑转角和四周封闭的幕墙，其内外轴线距离影响到幕墙的周长，应重点控制，防止错位。

2）安装方法

a.对号就位：按照作业计划将要安装的立柱运送到指定位置。

b.立柱根据施工及运输条件，一层楼高为一整根，接头有 15mm空隙，上下立柱采用10cm套芯连接（图9），适应和消除建筑挠度变形及温度变形的影响。连接件与预埋板的连接，采用钢接构造，因为钢接除抗水平力外，还应承担垂直力并传给主体结构。

图9 套芯连接

c.立柱安装一般由下而上进行，带套芯的一端朝上。第一根立柱按悬垂构件先固定上端，调正后固定下端；第二根立柱将下端对准第一根立柱上端的芯套用力将第二根立柱套上，并保留15mm的伸缩缝，再吊线或对位安装梁上端，依此往上安装。

d.立柱完装后，对照上步工序测量定位线，对三维方向进行初调，保持误差＜1mm，待基本安装完后在下道工序中再进行全面调整。

（4）横梁安装

1）横梁为水平构件，分段在立柱中嵌入螺栓连接，横梁两端与立柱连接处应垫弹性橡胶垫，橡胶垫应有20%～35%的压缩性，以适应和消除横向温度变形的要求。

2）就位安装：横梁就位安装先找好位置，将横梁U形连接件预置于横梁两端，再将横梁垫圈预置于横梁两端，用2M6*120mm不锈钢螺栓组横穿立柱，垫圈及立柱逐渐收紧不锈钢螺栓，同时注意，调整好各配件的位置以保证横梁的安装质量。

（5）T型连接件安装

1）T型连接件为整幅铝板的主要固定件，每块铝板通过8个5mm厚T型钢板连接件与立柱相连。

2）窗棂幕墙铝板进场后根据图纸进行试安装，以确定T型件的规格及安装位置。

3）T型件的安装：通过M5x15mm不锈钢机械螺丝@600mm固定于立柱上。

（6）玻璃板块安装

1）初安装：每组5人将玻璃抬至安装位，对槽、进槽；

2）调整：玻璃板块初装完成后对板块进行调整，调整的标准：横梁水平，胶封水平；立柱垂直、胶缝垂直；各玻璃在同一平面内或弧面上。

3）固定：玻璃板块调整完成后用橡胶垫块固定，垫块上正压紧，杜绝玻璃板块松动。

（7）整幅铝板安装

1）安装准备：因每块铝板安装完成后均折角不同，因此安装前应详细检查板块尺寸及看面位置是否准确，严格按照编号就近堆放。

2）拉线定位：依据编号图进行铝板的安装，因为整幅铝板相对于玻璃幕墙立面向外翻转7.1°，安装铝板要拉横向、竖向、纵向控制线，并采用红外线进行矫正。每一块铝板安装均应反复精调位置确保安装的位置准确。             

3）固定板块：此步骤为安装铝板的管控重点。需严格按照节点做法（图9）将铝板通过5mm厚特制钢板连接件固定于5mm厚T型连接件上。

图9 套芯连接

4  实施效果

（1）保山站房从工厂化加工和精准化安装两个角度对其应用的空心铝板窗棂工艺进行了创新性尝试，实现了单扇窗棂本身的历史厚重感和立体感，同时铝板窗棂反射阳光的明暗反差展示出虚实对比的艺术美感，凸显了现代铁路建设一站一景、站城融合的发展理念。

（2）保山站房超宽空心焊接铝板翻转窗棂幕墙施工方案保证了铝板幕墙结构的安全性和耐久性，为后续铁路站房工程建设中如何平衡美观与安全提供了很好的借鉴意义。

（3）项目团队创新提出铝板翻转的深化设计方案，并通过不同长度的5mm厚T型连接件将方案落地；工厂化加工将繁杂的现场加工集成到工厂，大大提高了加工效率。本工法获得了国铁集团、建设单位及地方政府的一致认可，产生了很好的社会效益。

5  结束语

超宽空心焊接铝板翻转窗棂幕墙实施前，技术人员从设计意图、业主要求、地方特色、工厂加工工艺、现场操作难度等多维度进行超前谋划，精益求精。互熔焊实现了3mm平面单板到20mm空心立体板的提升，创新性的5mm厚T型连接件实现了窗棂从0°到7.1°的飞跃，将传统刻板的幕墙优化为古典灵动的窗棂。本工法很好的实现了一站一景的发展理念，为后续类似工程如何实现美观与牢固兼顾、艺术与现实相容提供了很好的思路。

收稿日期：20  年  月  日

基金项目：国家自然科学基金(******)；xx省xx基金(******)；xxx项目(******)

作者简介：侯康登(1988—)，男，河北石家庄，工程师，大学本科，主要研究方向为：建筑工程，e-mai：1011335617@qq.com。