现代佛教建筑复杂高浮雕造型艺术石材幕墙施工技术
1 工程概况
南京牛首山文化旅游区-佛顶宫总建筑面积约13.6万m2,地上4层,地下6层,是集文化、旅游、观演、展览和佛教等多功能于一体的现代佛教建筑,采用高浮雕艺术石材幕墙为主要外装饰,装饰面积约50 000m2;设有56个11m高飞天菩提门、云纹如意柱及摩崖石刻等,如图1所示。
2 施工特点、难点
1) 建筑造型呈莲花状,造型层次感强,石雕图案拼接精度高,高浮雕加工难度大,拼接精度、品质艺术效果要求高,工序衔接紧密。
2) 根据艺术幕墙曲面特性,采用犀牛 (Rhino) 软件三维数字化模型设计及模型切割、模拟安装等技术,确定高浮雕莲花构件分块、连接、安装顺序等;数字化模型指导安装,使石雕图案连贯完整、拼接完好,达到高品质艺术效果,保证实体安装与设计的一致性。
3) 通过有限元软件分析幕墙龙骨各工况下的稳定性,完成龙骨设计;采用BIM技术,通过截取、制作龙骨转换钢架的三维曲面模型,分割龙骨模型,提取数据,实现龙骨钢架的精准加工。
4) 传统工艺基础上进行改进与创新,使用三维数字化建模结合CNC数控局部雕刻,效率高。通过1∶1模拟试验,反复测量,检验制作、安装工艺,确定构件安装编号及操作流程。
5) 通过现场测量形成现场排版图,工厂根据现场排版图制作。板块安装时,通过调整安装面板支撑点处,解决高浮雕安装精度高的问题。背栓式干挂连接通过铝合金挂件与骨架连接将石材干挂在骨架上,焊接量少,减少因焊接、打磨工艺造成的变形,确保成型效果。
6) 造型呈莲花状,分块制作、安装,块与块间、块与墙柱面花岗岩石材构件接缝较多,接缝处理工艺及精度控制要求高。
3 施工关键技术及工艺
工艺流程如图2所示。
3.1 施工准备
1) 按照设计图进行图纸深化设计,三维建模后,进行高浮雕艺术石材幕墙深化建模及加工板块优化分割,生成构件加工图,如图3所示。
2) 根据设计图纸复核实际标高、轴线后,进行平面定位及空间位置确定。
3) 编制加工、制作、安装方案并对操作人员进行交底。
3.2 测量放线
结构外观是弧形,采用全站仪进行精确定位,在地面标出纵横轴线及交叉点位和标高。门洞、须弥座、外悬石材处重要点位在地面上画线体现。
3.3 高浮雕艺术石材加工与制作
1) 结合建筑设计理念,融合丰富历史文化、佛教文化和生态文化,借鉴唐、宋、明以来的石刻风韵,经反复推敲、修改、深化设计,制作1∶1石雕样品供考核。
2) 采用黄金麻石材通过数码控制自动铣床机 (CNC) 并结合人工进行雕刻,大面采用机雕工艺,细部人工纹理雕刻。
3.4 艺术石材龙骨钢架安装
安装流程:热镀锌钢板预埋→操作架搭设→外悬垂线的设置和保护→校正地面水平后置埋板安装→热镀锌耳板焊接安装→不锈钢转轴安装→纵向主龙骨安装→主龙骨横向和交叉钢结构连接。
1) 热镀锌钢板预埋埋件在加工厂进行切割、打孔、焊接制作,表面热镀锌完成后运至现场,将埋件运至安装位置,安装时,根据设计坐标值采用全站仪调整埋件位置、标高,并在埋件板上精放中心线,与主体结构焊接固定后浇筑混凝土。
2) 操作架搭设施工过程中造型不规则石材需较多调整操作架,钢管操作架根据外面形状进行搭设。搭设中考虑石材质量和现场运输要求,适当多设置必要运输通道。
3) 外悬垂线的设置根据地面放线基准点位,在对应高度的操作架上设置钢丝垂钱以控制点位。钢丝线垂直定位后,在地面位置进行三角钢固定,必要时采用铁件焊接布置保护框。
4) 校正水平位置用水平仪引出标记在主体结构上的水平点位,在地面控制点位的铁架上做标识,每个门洞处设置左、右2对基座底标高,以便安装时进行校对或拉线校正。
5) 后置埋板安装按照图纸标设的后置埋板点位尺寸在地面上放置埋板,严格控制板水平度及整板的标高,距离5mm内的空隙用砂浆填实,更大的用细石混凝土补充填实。
6) 热镀锌耳板焊接安装后置埋板表面弹出控制线,按照点位焊接安装耳板,耳板垂直于后置埋板,双面倒角满焊三级焊标准。每块埋板准焊接1对耳板,双耳板的中心点即该立柱的中心点。连接立柱底部的底板及耳板和后置埋板上的耳板。
7) 不锈钢转轴安装立柱龙骨底部采用双耳板结构,4板4孔同轴式连接底板对齐钢立柱,4个孔位保持一致,成对耳板孔位误差≤0.5mm。转轴为50不锈钢圆柱连接上下耳板对扣穿转轴后,转轴两端用方形铁板焊接在耳板上进行封闭。
8) 纵向主龙骨安装 (1) 在安装好耳板的立柱底上弹出立柱安装位置,将立柱底部焊接在已安装就位的立柱底板上,垂直度误差控制在±2mm,采用电动葫芦和手动葫芦相结合的方式安装。 (2) 主龙骨立柱顶端采用水平拉杆受力结构,拉杆用耳板转轴同结构连接,拉杆和立柱电焊焊接,钢架所有质量通过耳板转轴传至板后置埋板。 (3) 在固定好的主龙骨间焊接横向龙骨,横龙骨的切面垂直于楞角,长度刚好镶嵌进立柱间;焊好横龙骨后焊接斜撑龙骨,相邻的斜撑龙骨镜像对称安装。立柱横龙骨的高度及每层间隔高度保持水平一致,如图4所示。
3.5 须弥座副龙骨安装
钢架安装好后焊接副龙骨以安装石材勾挂件,在主龙骨框架上,按照石材安装图勾挂件的位置弹出副龙骨的安装线位,切割、打孔、焊接副龙骨,副龙骨的两端用铁板焊接封盖,如图5所示。
3.6 钢架安装
1) 门洞钢架安装门洞石材以倒悬方式悬挂在钢架上,根据石材门洞形状先在地面放大样,实地制作门洞的轮廓主钢架,对照点位起吊焊接安装,和两侧主钢架龙骨焊接牢固后,再焊接安装门洞石材的副龙骨以安装勾挂件。
2) 内壁钢架龙骨安装门洞内壁的石材是水平向带内弧,竖向垂直。横向副龙骨安装时内壁有一定的水平弧度。
3) 外侧墙面悬挂钢架安装 (1) 外侧钢架最大向外延伸近3m,门洞上方为水槽,外部钢架为外悬结构,向下受力靠斜撑支撑于内侧的主钢架上,钢架上部由向内的拉杆受力于屋顶水槽的内侧混凝土大梁上; (2) 外钢架先焊立杆,使用电动葫芦或手动葫芦先就位再点焊固定,然后测量和调整。
4) 佛像钢支架安装外部石材安装由门洞雕刻石材和雕刻云柱为主线,云柱顶端是重达3t的单体石佛座像。为底部和背部双受力结构设计,增加底部钢架的支撑能力。
5) 外悬钢架及顶端转轴拉杆安装外部钢架上部由向下的斜拉杆和顶部室外水槽的内侧大梁耳板转轴方式连接,耳板座面设计为斜向,对应斜拉杆角度以方便安装。拉杆和立杆顶部的连接部位侧面加焊钢板以加强焊接部位强度,如图6所示。
3.7 石材背栓孔和槽切口加工
石材安装前,进行安装构件的槽口切割及背栓孔加工。根据图纸勾挂件的尺寸,结合现场石材具体尺寸,在石材背面、侧面画切割线,进行安装构件的槽口切割及背栓孔加工,同钢架副龙骨的勾挂件预留孔位置要一致。
3.8 艺术石材安装
1) 须弥座石材安装首先安装须弥座,须弥座方位的正确与否决定整个上部石材能否顺利安装。安装石材前详细检查方位,若钢架有偏差,用副龙骨及勾挂件进行调整,如图7所示。
2) 内壁石材安装内柱石材包括门内壁框、内云柱、雕花壁云板、平面衬板、雕刻压顶板的安装。内门框由弧形石材分段结合而成,安装时需保证弧度连续性,每个单段石材安装须通过点位测量完成。石材两端使用顶端分叉的双勾件,中间使用1~2个单挂件进行固定。
3) 外悬弧形云柱石材安装外悬支柱是造型最外凸支点,是整个外悬部位的支承点。从第1块斜向石材安装起,和地面标记号进行垂线校对,石材两端勾挂件的中间部分背栓严格按设计要求设置。云柱接面安装后以保证纹的连续性。
4) 门洞外门框飞天雕刻石材安装门洞飞天造型雕刻形象丰富、线条众多,相邻接触倾斜度极大,中间石材的拼接倾角最小只有25°。飞天造型单块面积大、质量大,安装时用电动葫芦起吊,面层石材对位接口要严密。
5) 门洞弧形板石材安装门洞内侧的弧形板为2部分,门洞垂直于地面部分为横向弧面,飞天下缘至内侧弧形板外缘部分板材为双维面弧形板,安装点位难控制,通过垂直吊线、立杆刻度和外挑尺寸三位一体确定点位进行测量控制。
3.9 石佛像、外挑平台及雕花板等安装
1) 石佛像安装外云柱顶端的坐佛石像是整个门洞石材中质量最大的单体石材。安装在专门设计的钢架上,石像背后设置2道竖向[12,槽钢用不锈钢螺栓固定在石像背面,槽钢由支撑钢架连接到外悬龙骨上。石像使用汽车式起重机起吊,事先在石像侧面设计孔位用以吊装。所有门洞石像标高保持一致,安装就位时校正石像朝向,保证石像面向垂直于水平轴线,如图8所示。
2) 外挑平台及雕花板安装石材门洞之上为雕刻板材及外挑平台,平台以下为菱形雕刻板,平台之上是双层莲花瓣雕刻石材。每个外挑平台对应下面的门洞成挑檐状,平台上方是下缘折内的莲花瓣造型石材,内折的莲花瓣下部和平台面板间形成内倾角,安装时防止因安装不到位产生大空隙。雕花板上下端面的连接采用不锈钢单扣,下方连接件采用双扣形式的不锈钢连接件。逐层进行安装并实时校正水平度和垂直度。
3.1 0 石材压顶、背封铝板安装
压顶石材正面为团簇形状的雕刻板收口,顶部压顶板为荔枝面平板石材。立面高于水槽部分用铝板背封,角码螺丝安装于附着在石材钢架的方管钢架上,板缝间满打耐候胶进行密封。
3.1 1 打石材密封胶
石材分区块安装后,经自检合格打胶。衬板石材间预留横缝,安装后打耐候胶密封。打胶前板缝间先塞入相应直径的海绵棒填充,以防止内泄的胶水表面收干后凹陷。平台板和上面的高位立板夹角打耐候胶防水密封,胶缝保持同一宽度。
3.1 2 表面整修及清理
石材安装完毕后,仔细清查表面瑕疵,如有破损及时修补,形变造成的表面不平整需专职雕刻技术工人到现场,边光检、边打磨平整平滑,雕刻石材注意线条的平缓对接,再凿出荔枝面与周边石材面融合一致。清理干净石材表面的零散胶水及污痕,采用钢丝刷和水清理,且不可伤害石材表面,采用化学药水清洗后冲洗干净记号笔等痕迹。
4 注意事项
1) 材料进场时,必须严格把好材料验收关。
2) 预埋件固定在钢筋上,标高控制在2.000~3.000mm,纵向位置偏差控制在±2mm,水平轴线偏差≤1mm。混凝土浇筑完且保养期结束后,根据预埋位置找出预埋板并清理表面。
3) 钢架必须安装牢固,尺寸、位置均应符合要求,焊接符合设计要求及施工验收规范;允许项目主钢架水平标高偏差 (用水平管检查) 控制在±5mm,主钢架水平位置 (用水平管检查) 控制在±5mm。满焊时严格注意材料因电焊高温产生的形变移位,随时变换焊接位置和顺序,进行必要调整,以保障石材安装时可达到的精度控制。
4) 石材加工前后进行拼接安装并再加工,确保石材美观。加工完成后分件包装,组合装箱到施工现场。严格按照施工用材的倒序进行由内而外的摆放以方便取用。
5) 单个须弥座的底部水平误差≤1mm,相邻2个须弥座水平误差≤1.5mm。底部的石材严禁不经过钢架而直接座落于主体结构混凝土地面上。
6) 飞天造型单块面积大,安装时须用电动葫芦起吊,电动葫芦脚手架部分针对性地增加槽钢组成的承重钢架,使起重量不能作用于脚手架上。
7) 密封胶的施工控制重点为嵌缝胶满注,且密实、表面平整,光滑、颜色深浅一致、石材表面无污染。
5 结语
南京牛首山文化旅游区一期工程———佛顶宫采用高浮雕艺术石材幕墙为主要外装饰,图案精美、气势宏伟,制作工艺复杂、单块质量大,雕刻、拼接精度高,安装难度大。采用三维建模、模拟放样、安装,构件工厂化生产、现场装配安装,减少材料损耗,缩短安装工期,降低安装费用,维护费用低。在体现我国传统文化唯美一面的同时,提升专业宗教高浮雕艺术造型石材幕墙设计和施工水平。
[2]孙晓阳.废弃矿坑百米高陡边坡地貌恢复覆绿施工关键技术[J].施工技术, 2018, 47 (23) :109-112, 129.
[3]孙晓阳.现代宗教建筑手工艺术彩绘装饰施工关键技术[J].施工技术, 2018, 47 (21) :154-156, 165.
[4]曹浩, 杨锋, 孙晓阳, 等.现代宗教建筑外立面艺术建造总承包管理实践与探索[J].施工技术, 2017, 46 (24) :93-97.
[5]孙晓阳.大型莲花旋转升降宗教剧场舞台施工关键技术[J].施工技术, 2017, 46 (12) :71-75.