开缝式石材幕墙+LED线条灯亮化施工工艺研究——以数字中国会展中心工程为例

于庆鹏 吴 鸽 何振侠

(中建海峡建设发展有限公司 福建福州 350014)

1 工程概况

福州数字中国会展中心项目位于福州滨海新城大东湖(湖面10km2)中段位置，选址用地约4.44hm2，该中心未来将承担国际大型峰会、“数字中国”峰会等大型会议活动，需要体现出数字化的科技理念。因此，建筑整体设计形象代表航行在海面上的福船，外墙体首层为玻璃幕墙代表海面；二层及以上为开缝式石材外幕墙，代表福船船体，开缝式石材幕墙最高点为41.9m(图1)。

图1 福州数字中国会展中心项目外立面图

该工程开缝式石材幕墙面积约为17 308m2，位于主体结构外围，由于开缝式石材幕墙分格缝无需填充密封胶，避免了因密封胶填注不均匀引起线条模糊以及填充过程操作不慎及密封胶沿多孔材质渗晕引起板面污染，使得线条外观更加挺拔、清晰，但同时也可能因石材板块加工误差，导致安装时位置偏差不能通过胶缝来遮掩。所以，开缝式石材对板块的加工及安装精度需求更高[1]。

在现今的建筑文化中，灯光是一种必不可少的元素，建筑除了自身的物理维度存在外，灯光可以赋予建筑一个新的维度，变化的灯光可以给予建筑外表面新的自由度，其虚实的转换、明暗的对比，让建筑有了别于一翻情趣的生命力。因此，该工程运用了若干LED条形灯，以凸显建筑的轮廓，让造型更加灵活多样。

2 施工重点、难点分析

开缝式石材幕墙由于不填缝原因，对石材板块的尺寸加工误差以及安装时位置的偏差要求必然更高，同时还需考虑防水、保温等一系列功能要求。尤其是该工程石材幕墙要在石材缝隙中不规则地布置LED条形灯，这就要求水平缝不能统一按10mm厚度进行留缝，需要设置25mm水平缝才能布置LED条形灯带。为了灯光能更好地放射出来，需在有灯光带的25mm缝隙处增加45°斜切角度，以致该工程需要10mm、25mm、25mm斜切角3种水平缝隙，加上该工程施工工期紧，增加了施工难度和压力，如图2～图3所示。

图2 立面照明条形灯配合石材剖面图

注：1-定制卡簧支架；2-防水接头；3-大理石面；4-灯具；5-灯具固定弹片；6-填充物；7-固定螺钉

2.1 技术措施与方法

(1)在骨架安装定位之前，认真贯彻落实设计要求，进行灯光点位的最后核实，策划出一套方便可靠的测量定位方案，对施工班组进行交底。

(2)石材的安装精度控制是该工程最重要的一点。通过设计一个可以调节的背栓系统，由基座和连接件组成，两者通过螺栓连接(图4)，使之具有一定的调整偏差能力，保证工程质量[3]。

注:1- C型挂件；2-T形挂件；3-L形挂件；4-花岗石；5-1mm粉末喷涂防水铝板；6-50mm保温岩棉150kg/m2；7-灯具；8-1.5mm钢板带(固定岩棉板)@200；9-高度调节螺栓

(3)石材幕墙与钢骨架之间采用防水铝板，且必须确保上片铝板叠在下片铝板之上，保证水流可以顺流而下，不会出现积水现象；用硅酮耐候密封胶对两片交叠的防水铝板缝隙进行封堵，这样可以在石材挂装之前就形成完整的防水线，避免了针销式、蝴蝶片式、上下开槽式等传统干挂石材幕墙做法不可避免的石材材质透水、胶缝打胶不够严实等可能引起的水密性恶化，使得水密性能有了较大改善。施工时，在防水铝板背后设置50mm厚的保温岩棉，加上建筑墙体的有效阻隔，使得传导热交换也被彻底隔绝，这比传统框架式石材幕墙需依靠石材本身及密封胶阻隔一部分热量的保温措施，无疑具有更高的可靠性。

(4)该工程的LED条形灯控制系统，采用智能无线控制方式和时空相结合控制模式，控制设备由信息港公司统一规划控制安装。基于以太网络的“一个中央总控机+多个区域主控+多个分控系统”的架构，灯光控制设备将负责控制强电的开关，并按要求在离线状态下自动控制强电。在控制中心的配套软件上将预配置不同的工作模式，按特定的模式来运行，实现远程管控，配套预留出接口，可供其他系统联动。因为这种条形灯的后期维修是个难点，所以前期外墙灯光设计中，要从各个方面考虑周全(图5)。

图5 局部立面照明外墙配电平面图

2.2 灯光安装的重点与难点

石材幕墙作为外围护结构，对水密和气密要求很高，灯光在后期安装容易造成幕墙漏气、漏水，尤其项目前期想要减少灯带的专门布线环节而造成的石材幕墙部分位置重复拆装工作，则需要在前期准备中充分考虑灯带的安装顺序和步骤。对于该工程来说，LED条形灯是该工程的一个亮点，而所有LED条形灯所处的位置均在石材幕墙缝隙内，加之工程和工艺特殊性，前期需要在防水铝板完成时同步完成灯带管线布置， LED条形灯均需在石材板面安装完成后，整体落架时进行安装。在穿线以后，对于灯光管线要进行检查和保护，以防后期石材面板施工造成线路损坏等问题。后期无论是用蜘蛛人或者升降车进行仪器和灯带的维修，都是一个高耗费的工作。因此，为保证灯带顺利安装也就成为该工程一个重点。

2.3 灯带安装技术措施要领

(1)LED条形灯进场前，严格要求石材幕墙缝隙的水平平整度，确保灯带能够放进25mm的空隙中；现场管理人员如若发现不合格的缝隙，则及时抽取双倍数量的空隙进行检查。在经过一次整改后，缝隙要求还是不合格的，强制要求现场施工人员对整个面进行整改。高要求带来高质量，严格的要求使返工可能性减少。

(2)提前研究LED条形灯的安装位置。确保石材45°斜切角处位置能与灯带位置一一对应，保证灯带的放射效果，如图6～图7所示。

图7 灯光效果图二

图6 灯光效果图一

(3)建立各种灯带安装的计划保证体系。该体系主要是督促灯光安装进度计划、材料进场计划、灯带安装技术保障计划、灯带线路质量检测计划、安全防护计划等一系列计划的落实，做到未雨绸缪，使灯带安装的进度层次分明。针对数字中国这个工程的特点和难点，采用先进的施工技术和材料，提高了施工速度，缩短了施工工期，保证了里程碑工期目标。

(4)灯带安装和石材幕墙施工几乎是同步进行，在管线完成以后，石材面板施工期间，专业技术人员反复检查线路的安装情况，以防止后期灯光联动调试阶段出现灯带不亮而产生返工问题。

2.4 石材面板计算及安装要点

2.4.1石材基本情况

石材板块相对较大于常规石材工程板块。

面板短边边长a=800mm；

面板长边边长b=1700mm；

面板从属面积A=a×b=1.36m2；

面板厚度tston=30mm。

石材面板为背栓式六点支撑(图8)，承受垂直于石材面板的风荷载和地震荷载，采用几何非线性的有限元方法计算。

图8 石材受力模式图

重力密度γston=γ(Mal)=28kN/m3;

弹性模量Eston=E(Mal)=8×104MPa;

泊松比νston=ν(Mal)= 0.13;

石材强度Gra=“花岗岩”；

抗压强度标准值fck=fck_ston(Gra)=8MPa；

抗压强度设计值fc=fc_ston(Gra)=3.72MPa；

抗剪强度设计值fv=fv_ston(Gra)=1.86MPa；

最大应力设计值σ=2.6MPa抗压强度设计值fc=3.7MPa；

比较σ/fc=0.7″≤1,满足要求。

2.4.2石材板块的施工要点

(1)要求供应商派人进驻加工厂，确保入厂的荒料颜色一致，同时也可以更好地控制赶工项目的工期控制。荒料进厂后进行复检，发现不合格荒料混入时，立即剔除。所选荒料按开采顺序编号，分批量运抵工厂。上锯前，要求供应商技术人员对色差再一次控制，若发现问题，及时解决；上锯时，严格按技术人员所确认的编号顺序锯板。同一批量荒料锯解的毛板放置同一区域，用于加工同一区域的成品，并且同一块荒料生产的板材放在一起包装，在加工厂内将色差控制在最小。

(2)石材在安装前，需表面刷涂防护剂进行六面防护，避免石材上墙后经雨水冲刷出现吸水变色现象(后期防护再进行更换，成本较高)。

2.4.3深化设计石材铝合金背栓件

该工程石材铝合金背栓系统，考虑到整个幕墙系统的防水效果，在设计时按照三段组合型材考虑(图9)[2]。

注：1-花岗岩；2-M8不锈钢背栓；3-钢丝缠绕(螺栓防脱)；4-M6不锈钢螺栓；5-M8不锈钢螺栓；6-热镀锌角钢转接件；7-1mm粉末喷涂防水铝板 ；8-1.5mm钢板带(固定岩棉板)@200；9-50mm保温岩棉150kg/m2。

(1)在防水铝板位置留下螺栓可以穿过的孔位，再由硅酮耐候密封胶对孔位进行封堵；L型挂件通过螺栓与铝板背后的钢骨架进行有效连接，再和T形挂件进行连接。注意的是，T型件需开竖向长圆孔，这样石材就可以有前后位移的能力(图10～图11)。

图10 T形挂件加工图

图11 L形挂件加工图

(2)紧接着将C型挂件挂在T型挂件的上端，C型挂件(图12)的长度按60mm设计，而T型挂件的长度按80mm设计，这样石材就有一部分左右位移的能力。

图12 C型挂件加工图

(3)施工时，C型挂件再通过上端螺栓调节，使石材具有一定的高低调节能力，在高低误差非常大情况下，T型挂件上下不一样高的边再进一步进行调节，把T型件反转过来，把长短方向替换。这样，石材就具备了上下、左右、前后所有方向调节的功能，可以使开缝式石材做得更加平整，安装更容易做到高精度。

3 结语

LED灯光亮化与开缝式石材幕墙结合的施工，在保证外观和不影响幕墙整体气密和水密功能的情况下，对石材和灯光施工进度做好统筹设计、规划，保证了工程的工期按要求时间完成。

该工程的成功经验在于：

(1)科学安排施工程序：施工准备→测量放样→骨架安装→背栓安装→防水铝板安装→LED管线安装→石材安装→LED灯光安装→夜景测试→清理卫生、竣工验收。

(2)骨架的安装在监理验收合格后进行防水铝板以及保温岩棉的安装。

(3)深化图纸设计：在AUTOCAD中对石材进行重新排版区分10mm、25mm、25mm斜切角3种水平缝隙的石材。

(4)现场放样：采用红外线水平仪进行放样，确保同水平缝隙误差控制在2mm以内，否则LED条形灯无法安装，同时需准确标注出LED条形灯中所在的散乱位置，确保石材安装时可以有序区分出对应石材。