铝合金结构与异形装饰围护一体化设计与施工

欧阳元文，尹建，刘小蔚，

（1.上海建科铝合金结构建筑研究院，上海201612；2.上海通正铝结构建设科技有限公司，上海201612）

1 项目概况

本文介绍的是佛顶宫小穹顶为南京牛首山风景区佛祖顶骨舍利日常供奉地，下部主体结构采用钢混框架，上部采用铝合金单层网壳结构，外覆一体化的异形装饰围护【1】。本项目以“莲花托盏，上置佛宝，袈裟护持”构建佛顶宫的整体形态，建成后如图1 所示。

图1 佛顶宫建成后实景图

铝合金材料因其耐腐蚀性能好、轻质高强、终身免维护，建筑表现张力强等突出特点而作为佛顶宫大、小穹顶的主体结构。小穹顶外层由异型七面体与铝合金主结构构成，其一体化体系保持了建筑与结构的一致性，保证了建筑造型的精致表达。通过精准的制作、精确的安装，小穹顶椭圆形的外观与璀璨的光泽如同宝珠，就像一颗光彩夺目的珍珠，高度契合设计意象。

2 铝合金结构与异形装饰围护一体化设计介绍

2.1 铝合金主体结构设计

铝合金结构分为内外双层，外层网架与异形装饰形成一体化围护装饰系统，内层为结构支撑网架。本文所介绍的铝合金主体结构为外层网架，结构形状为椭球体，长轴147m，短轴97.4m，高度为36.3m，总覆盖面积11245m2，展开面积16305m2，为单层铝合金单层网壳结构。铝合金网格边长约为3m，杆件为工字型截面，截面高度450mm，材质为铝合金6061-T6，节点连接采用刚性板式节点【2】。

在主结构上外覆与网格尺寸一致的一体化防水铝板围护，局部采用玻璃，形成封闭的防水、保温围护基层，在此基层上再安装由铝板与玻璃组成的异形七面体作为围护装饰构件，铝结构、防水保温层及七面体装饰围护组成复合型一体化系统。

2.2 异形七面体围护装饰一体化设计

异形围护装饰的设计灵感源自信徒朝拜时双手合十形状，设计完成后，每个异形七面体像是一双双合十的佛手，寓意万佛朝宗的建筑意境，远观则形成了象征佛陀头顶的意象造型。其设计的关键点主要有以下4个方面。

2.2.1 异形七面体单元外形

为体现佛教建筑的壮观景象，整个穹顶外安装了5400个七面体装饰单元。异形七面体构造如图2 所示，因网格划分的曲线为非线性的，对应七面体的形状需借助计算机编程求解出其函数，再通过自主开发CAD 的数据接口，形成三维线模。七面体单元底部体型为三角形，与铝合金屋盖三角形网格划分保持一致。每个单元由7 块不同尺寸的铝板与玻璃拼装而成，根据建筑采光要求、采光面积来确定玻璃位置和大小。单元底部采用螺栓直接固定于铝合金杆件上表面预留槽口内，无须增设转换龙骨，形成一体化构造。

2.2.2 集成化设计

本项目中的集成化设计的目的是实现建筑杆件、节点的标准化，减少工厂加工种类，提高加工速度，便于施工安装。集成设计形成铝合金构件的模数制、参数化、数字化，实现体系产品的标准化，同时满足建筑丰富多变的需求，结合BIM 软件及公司自编程序进行深化设计，保证从深化设计、加工制造到安装全过程中铝结构构配件数据的连贯性、可溯性及自动化生产，构件加工尺寸误差为±0.05mm，达到GB T/14846—2008《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》规范中超高精级别【3】。

图2 七面体装饰单元三维构造说明

2.2.3 设计巧妙、新颖的构造节点

1）充分发挥铝合金主结构杆件可开模挤压一体成型的优势，采用机械精巧的扣压构造，使得结构与防水铝板面板/玻璃紧密结合，牢固可靠。

2）七面体的铝板创新性地采用内侧折边连接，对接平整度好，各面连接紧密连接。且七面体垂直高度＞1m，侧面铝单板尺寸较大，为防止铝板下挠，设计出特制铝合金U 型锁扣，连接相邻两块铝板，并根据计算设置不锈钢栓钉，有效减小围护结构在温度热胀冷缩下的变形。

2.2.4 异形七面体铝板和玻璃的选择

铝板：选择2.5mm 铝板，牌号3003-H24，氟碳喷涂。设计对铝板外观颜色提出了苛刻的要求，最终通过多次尝试，自调油漆比例，得到近似“珠光宝气”的暖黄色系外观。

玻璃：作为景观建筑，对围护结构的玻璃采光性要求较高，采用高反射率双层夹胶钢化安全玻璃（6+1.52+6）。

3 铝合金结构与异形装饰围护一体化施工介绍

小穹顶铝合金结构与异形装饰围护一体化施工过程中的重难点如下：

1）主体铝合金结构基层围护层安装完成后，表面坡度最大处达70°，安装难度大，定位精度要求高，需采用地面预拼装，将七面体框架组装好，再进行吊装。为防止七面体吊装时变形并防撞，针对本项目吊装特点研发了特制的吊篮，用于吊装七面体，装置具有避免铝板划伤、割裂，易固定等特点，方便、有效、经济。七面体在吊篮中临时固定，起吊到对应安装位置。然后通过已安装的铝合金压条与铝合金结构连接。

2）七面体准确吊装到预定位置后，通过不锈钢螺栓与主结构预留的卡槽进行连接，螺栓初拧为定位，终拧拧紧至设计拧矩，螺栓拧紧顺序需严格依照施工组织设计进行，不可随意操作。

3）精确的定位测量放线、复测是围护结构与主体结构顺利安装的前提保证。在深化设计阶段导出各控制点的建筑物城市坐标系以及建筑坐标系，加密控制网，测设七面体各控制点，并根据需要进行导线点加密，通过动态的复测、比较、纠偏等措施，消除累计误差【4】。

4 结语

铝合金主体结构与异形七面体一体围护系统在本项目中的创造性运用，较好地展示了佛教建筑神圣的建筑意象，最终实现了美轮美奂的建筑外观造型。而且是铝合金结构与围护的一体化构造多功能屋盖体系，不仅满足建筑围护要求，而且实现防水、保温、降噪、吊挂等多种使用功能。在异形七面体围护与主结构一体化设计与施工工程中，合理且创新性的设计，有序科学的施工方案及措施设置，标准精确的工厂制造，有效地解决了该体系实施中的各个难题，最终取得了良好的效果，完成了铝合金结构又一里程碑式建筑，并为今后类似项目的应用积累了宝贵经验。