杭州东站枢纽是浙江省乃至整个长三角地区重要客运枢纽, 是汇集客运专线、普速铁路、地铁、磁浮、公交、运河水运等多种交通方式和配套服务设施于一体的现代化综合交通枢纽中心。其中新建杭州东站站房工程站房建筑共3层, 地下1层为出站层, 地上为站台层和高架层。站房主体建筑东西进深463.45m (横跨铁路方向) , 南北面宽143.6m (顺铁路方向) , 站房主体最高点距地面39.6m。站房总建筑面积为155 569m² (地下建筑面积67 438m², 地上建筑面积为88 131m²) 。其中国铁站房建筑面积116 725.5m², 磁悬浮站房建筑面积为29 523.5m², 4幢2层的辅助用房建筑面积为9320m²。新建杭州东站站房如图1所示。

新建杭州东站站房南北立面轨间柱各9个, 为变椭圆截面锥管斜柱, 是屋盖体系的重要组成部分, 柱顶采用双曲面不锈钢幕墙, 该幕墙系统采用3mm厚不锈钢板面材, 分块拼装, 无缝处理, 采用Ø70×4, Ø32×2等钢管龙骨兼塑形, 整体成型, 表面采用VDF氟碳喷涂处理, 面板颜色为RAL9003, 龙骨体系采用钢管与方管组成龙骨层组件与表皮层连接固定形成的一个装饰幕墙体系。整个幕墙外观呈马蹄莲形状 (见图2) 。因该幕墙体系为室外柱子的装饰幕墙, 主要起大型构件的装饰作用, 根据JGJ133—2013《金属与石材幕墙工程技术规范》规定, 不考虑幕墙系统的保温性能, 故在本文施工技术中将不涉及相关构造内容。

在新建杭州东站站房南北立面轨间柱幕墙工程实施前期, 先后比较了无胶密封烤瓷铝板、无胶空缝氟碳喷涂铝板、注胶氟碳喷涂铝板、玻璃钢等多种幕墙方案, 分阶段制作了多个试样 (见图3) , 对面板材料特点、观感效果、连接方式的可靠性以及方案的经济性等方面做出综合评价:烤瓷铝板在长期使用过程中不会因胶缝积灰尘造成表面污染而影响外观效果, 观感较好, 但造价较高;氟碳喷涂铝板与烤瓷铝板相比, 氟碳喷涂铝单板的耐腐蚀性能、表面稳定性能仍有差异, 在经济性方面, 氟碳喷涂铝单板比烤瓷铝板较经济;注胶氟碳喷涂铝板是所有方案中最常用的方案, 也是所有金属面板方案中最方便施工的方案, 也是最经济的方案, 但本方案的缺陷也很明显, 那就是接缝效果不理想, 在长期使用过程中, 胶缝的污染较明显;玻璃钢具有质轻、高强、易清洁、易造型等特点, 但其缺点之一是弹性模量较低, 刚度不足, 且造价很高;氟碳喷涂不锈钢板有较高的塑性、韧性和机械强度, 高耐气候性和耐腐蚀性, 且抗老化, 使用寿命长, 采用无缝处理和氟碳喷涂, 与主体钢结构采用相同的面层处理方式, 色调、材质统一, 观感效果佳, 且造价较低。综上所述, 最终选择了氟碳喷涂不锈钢面板方案。

我国现行幕墙制作、安装、验收、保养和维修标准中, 还没有专门针对不锈钢幕墙的标准, 根据不锈钢材料以及不锈钢幕墙无缝设计的特点进行深化设计, 通过三维建模与计算机深化将双曲面幕墙结构分解成表皮层与龙骨层, 分别对两层的定位、覆板、吊装进行图纸细化, 保证了曲面的准确、弧度的顺平。经过分层后, 焊接与拼装工作量相对较大的表皮层采用工厂内加工制作, 在稳定的环境与优良的设施条件下保证了焊接、拼装质量, 又避免了表皮层在现场加工受到的场地局限与天气限制, 加快了施工进度。龙骨层在现场焊接制作, 结合了现场的结构特点, 合理地调节消化施工误差, 保证了幕墙结构与主体结构协调统一, 表皮层运至现场采用整体分块吊装, 通过合理的工序安排, 可使双曲面不锈钢幕墙快速、安全、美观的完成施工。最终选定的方案施工工艺流程如图4所示。

采用Auto CAD绘图软件对设计提供的双曲面幕墙数据绘制三维模型, 此模型为表皮层定位骨架制作、表皮层吊装、龙骨层施工定位提供翻样图的技术支撑, 通过对模型节点、截面细化分解, 可形成各部位施工深化图。本工程轨间柱双曲面幕墙三维模型图如图5所示。

模型建立后, 为保证幕墙曲面的准确性与整体性, 根据三维模型结构, 将双曲面幕墙结构分解成表皮层与龙骨层, 表皮层由面板与支撑 (塑形) 龙骨组成, 龙骨层由支撑龙骨与连接码组成, 表皮层为体现曲面效果与设计理念的最重要部位, 为保证质量与成型效果采用工厂化加工, 龙骨层采用现场施工的方式。本工程轨间柱双曲面幕墙截面分层如图6所示。

为保证双曲面幕墙的整体精度, 表皮层在工厂内加工成型, 后再运至施工现场进行安装, 这样既可保证幕墙曲面精度又可加快施工进度, 且加工不受现场场地局限的限制。

表皮层由支撑钢骨架与不锈钢面层组成, 支撑钢骨架采用Ø70×4, Ø32×2的钢管焊接制成, 钢管做热镀锌处理。支撑龙骨兼作塑形作用纵横布置, 间距≤80cm。支撑 (塑形) 钢管和不锈钢面板用抱箍连接, 抱箍起承载及固定作用, 电焊连接, 间距≤80cm, 抱箍宽度为2cm。

表皮层加工流程如下:施工准备→备料→放样、下料→切割、拉弯成型及开坡口→拼接→焊接→焊接检查→制孔→组装→组装焊接→焊接检查→外观及尺寸检查→打磨、刷漆 (焊缝) →表层不锈钢板覆板。

根据前期幕墙翻样的施工深化图纸, 对表面层曲面进行定位、放样。根据幕墙曲面弧度对支撑与塑形的骨架钢管进行拉弯, 由特制模具与拉弯机进行, 具体步骤:开模, 把需要拉弯模型做好→将拉弯的压力配好→根据钢管大小做钢管两头夹具→把做好的模型在拉弯设备上固定→拉弯的第1件钢管为首样, 按图纸要求检验, 合格后按首样批量生产。然后根据曲面翻样图先拼装定位骨架。定位骨架由环形龙骨与竖向弧形龙骨组成, 按照900mm的间距布置, 环形龙骨与竖向龙骨采用电焊连接。环形定位龙骨采用32×2钢管制作横梁临时支撑固定, 点焊连接, 从下向上布置, 环形定位龙骨布置完成后开始布置竖向弧形龙骨, 采用电焊连接, 最后补充其他环形龙骨与支撑构件。

根据深化图对不锈钢板材进行分块, 对不锈钢整板切割、分隔成小板块。把不锈钢平板放到外造型骨架上逐一进行锻造:将平板通过后撑面击的方式在支撑 (塑形) 龙骨上锻造, 直至锻造成顺贴的弧形, 确保每个组件上的每片不锈钢拼接到位、弧度准确。锻造好的不锈钢板覆在支撑上焊接, 板块间采用氩弧焊, 焊机为300A直流电焊机。氩弧焊机功率输出为250A。电焊要求不锈钢表面饱满、平整。板块与 (塑形) 龙骨间采用抱箍点焊连接。

对表皮层进行打磨是确保涂装质量和表面观感质量的重要工序, 先采用80号砂轮片对不锈钢板间焊缝进行打磨。再采用120~320号砂轮片进行表面打磨, 从上向下打磨, 保证不锈钢板块拼缝平顺。

龙骨层采用现场加工的方式制作在主体钢结构上, 龙骨层由斜撑龙骨与弧形龙骨组成, 与主体钢结构的连接按照设计图纸要求, 采用焊接连接。施工流程如下:主龙骨放样、弧形龙骨放样→安装斜撑龙骨→安装弧形龙骨→安装表皮层连接件。下龙骨层制作完成后的示意照片如图7所示。

为运输和吊装方便, 将表皮层分块装车运输, 运至现场后再依据深化图纸与模型进行现场组装, 再次焊接成型。现场采用汽车式起重机配合电动葫芦的方式吊装表皮层, 就位后的表皮层采用栓接的方式连接在龙骨层上。此连接方法采用控制应力收缩的理念, 消化应力, 减缓或消除大面积不锈钢幕墙无缝设计温度应力变形的影响, 如图8所示。

具体操作过程为:板块运至待安装位置下方, 先用汽车式起重机进行吊装, 当吊装板块吊运至安装位置后, 停止汽车式起重机提升, 通过电动葫芦进行提升, 进行板块的精确就位调整, 待龙骨层控制点与表皮层控制点均吻合后, 开始连接件的栓接, 直至连接件安装完成, 最后汽车式起重机脱钩。板块安装完毕后, 进行板块拼缝的焊接处理, 将拼缝不平整的地方进行锻造修整, 再进行打磨抛光。焊接采用不锈钢板氩弧焊无缝焊接工艺, 焊接口打磨平整拉毛。

双曲面不锈钢幕墙表面采用氟碳喷涂饰面。先把不锈钢表面做抛光处理, 保持不锈钢表面清洁干净, 再在表面做一层氟碳环氧底漆, 然后在局部位置做腻子修补, 再打磨, 上底漆, 再打磨, 上中间漆, 这样反复做3~5次直到不锈钢表面平整光滑, 再做表面着色工作, 最后在表面喷涂一层高分子薄膜, 以保证表面油漆不出现粉化、脱落, 起抗氧化作用。详细的施工工艺同普通氟碳喷涂施工方案。

本工程轨间柱双曲面不锈钢幕墙施工技术通过三维建模和深化设计分析, 采用了分层施工方法, 合理地安排了2层结构的施工时间和施工场所, 提高了工程质量, 加快了施工速度, 取得了显著的安全、质量、进度和经济效益, 新建杭州东站站房工程已于2013年7月1日正式开通运营, 工程质量得到各方认可, 社会各界对此评价甚高, 反映良好, 值得类似工程借鉴。