大幅曲面镂空金属幕墙制作安装技术在工业遗存改造中的应用

某脱硫车间改造工程中，有外曲面多孔钢板幕墙约3 000 ㎡，不穿孔钢板幕墙1 500 ㎡，钢龙骨约15 t，不锈钢连接件约600套，钢支座约300套。由于工业建筑的原有特点，需解决相关钢板幕墙的制作安装问题，为此通过研发控型装置，在钢板幕墙制作、加工、做锈、养护、运输、储存、安装等作业流程中形成了一系列作业装置。1、钢板幕墙制作及安装难点（1）钢板幕墙采用薄型钢板，材质为4 mm厚耐候钢板SQ355NHMQ；单块钢板幕墙结构形式为曲面多孔钢板（3 460 mm×14 800 mm）。由于钢板薄、板幅大、孔洞密集且刚度小，极易导致变形。（2）传统喷砂除锈工艺对幕墙钢板表面应力影响较大，在除锈阶段会对薄钢板造成不可调节的形变影响。（3）钢板幕墙与主体结构通过连接件连接，相邻曲面钢板幕墙之间的连接要求平顺且连接间隙一致，对外部感观要求较高。（4）异型钢板幕墙对制作、安装过程中的形状控制要求高。（5）曲面多孔薄壁钢板变形控制难度高，而在控制变形前提下实现连续安装难度更高。2、钢板幕墙做锈为保证钢板幕墙做锈效果，所用钢板在加工前期需先进行除锈处理。传统抛丸除锈工艺会造成多孔洞的薄钢板产生应力变形，不利于大幅面幕墙的形状控制，因此采用水喷砂表面处理工艺对幕墙钢板进行处理。该工艺利用水流压力带动河沙对钢板表面进行处理，其特点是兼有水流的柔性与河沙的刚性，可减小钢板表面的应力破坏，控制除锈时幕墙钢板的形变。3、激光切割下料根据大幅面开孔钢板结构特点，为控制切割变形，采用热输入量小的激光切割，如图1~图3所示。图1 开孔钢板示意图2 激光定位切割图3 切割效果根据设计图绘制钢板幕墙加工下料详图并进行标号及排版。按排版尺寸数控编程，采用激光切割机下料，切割时长度方向尺寸偏差为–1 mm（L–1mm，L为长度设计尺寸），宽度方向尺寸偏差为–2 mm（B–2 mm，B为宽度设计尺寸），不得出现正公差，对角线允许偏差为±1 mm。4、异形钢板幕墙成型（1）幕墙钢板经激光切孔除锈后进入卷弧准备，制作卷弧胎模，为保证弧度准确及幕墙钢板断面平整，胎模采用30 mm钢板卷制而成。幕墙钢板分为凹面和凸面两种，卷制时需分清正反面。卷制凹面幕墙钢板时，正面朝上与上滚筒接触；卷制凸面锈板时，反面朝上与上滚筒接触。（2）考虑到幕墙厚度仅4 mm且孔洞较多，强度及刚度较低，加工过程中极易变形，采用传统单件生产模式很难保证制作精度和连续施工需求，为此设计了一种大幅面异型钢板制作装置（图4），该装置分为凹、凸两种形式，可解决幕墙钢板拼接焊接制作过程中的精度控制和连续施工问题，且能在制作全过程中保证幕墙钢板外形受控。图4 卷弧胎模幕墙钢板加工装置通过前端控型胎膜钢板固定弯制的钢板进行焊接拼接。拼接焊缝完成后，沿控型架后部滑移进行下一块拼接钢板焊接，直至整块钢板幕墙焊接完成（图5、图6）。在整个拼装过程中，弧形钢板幕墙均处于形状控制状态。由于幕墙钢板较薄，易发生焊接变形，在胎膜上制作可减小焊接变形和误差，为后期精确安装与满足观感要求提供基础。图5 整体拼接滚动装置图6 钢板幕墙整体拼接5、做锈喷涂为满足老工业化园区的整体风格设计要求，钢板幕墙外表面需进行做锈处理。为保证整体外观质量，钢板两侧做锈喷涂须一次完成，为此针对做锈效果策划了多种做锈方案，通过不同的养护周期使做锈效果满足要求。为满足钢板幕墙的喷涂和变形控制要求，对控型胎架设计了一种控型脱胎装置（图7），该装量可在确保形状控制的前提下，使钢板幕墙从制作胎架上脱离并翻转，以解决幕墙钢板两侧同时喷涂的问题。图7 控型脱胎装置6、成品钢板幕墙储存及运输装置考虑到钢板幕墙储存及运输过程中易受挤压、碰撞等外力引起局部变形，制作了一种运输控型胎架(图8)，可在保证钢板幕墙外形的前提下整体运输同等形制的多块幕墙。控型胎架可从运输车上整体吊装放置，为现场的钢板幕墙储存提供条件。装车时每层用方木支垫，方木与锈板接触面采用10 mm厚珍珠棉板包装保护，以避免构件变形。图8 用于运输的控型胎架7、大幅面异型钢板幕墙安装技术幕墙连接面验收完毕后进行测量放线，确认符合条件后再进行安装。由于整体造型需要，幕墙安装精度要求高。因部分幕墙安装位置在展厅楼与办公楼之间，施工空间狭窄，无法采用传统的脚手架施工方式，为此设计制作了一种大幅钢板幕墙吊装控型装置，以确保钢板幕墙吊装过程处在控型状态下安装精度。采用水平仪控制水平度，经纬仪控制垂直度，严格控制安装偏差，保证了钢板幕墙整体安装质量。在连续安装施工过程中，随时监控钢板幕墙整体安装精度，及时对存在误差的部位进行微调，保证了整个完成面的安装精度和完成效果，如图9所示。图9 实施效果8、结束语某脱硫车间民用化改造曲面多孔钢板幕墙制作过程中，采用激光切割技术减少切割时板材热输入，降低了大面积开孔钢板切割时的焊接变形；采用胎膜弯弧技术控制了大幅面开孔钢板卷板制弧时的应力集中变形。在制作及运输安装过程中，研制