裙摆式双曲流线型石材楼梯施工方法

stwym 2019-12-16

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1工程概况

大连恒隆广场项目位于大连市西岗区原人民体育场所在地，工程占地面积约63400 m2，地下4层，地上7层，建筑高度60 m，总建筑面积约371900 m2，平面体型如二鱼组合。由香港恒隆地产投资兴建，建成后是目前东北区域最大的集购物、餐饮、娱乐为一体的商业单体建筑。

工程的结构类型为现浇钢筋混凝土框架–剪力墙结构（其中部分梁柱为型钢混凝土构件），采用弧形轴线设计，顶部为桁架屋顶。幕墙采用鱼鳞特色墙、屋面直立锁边板幕墙等11个幕墙系统组成。

内装采用高档大理石、进口人造石进行地面铺贴，氧化铝板、铝方通进行大空间吊顶施工。

2裙摆式双曲流线型石材楼梯概况

裙摆式双曲流线型石材楼梯位于中庭位置，连接L1层与L2层的公共区域，平时供顾客购物通行使用，在举办大型活动时，可以兼作活动场地或走秀T台，是恒隆广场内装部分最具特点部位之一。楼梯设计为裙摆样式，两侧裙摆自然摆动，形成楼梯轮廓。

为追求其自然摆动效果，楼梯两侧轮廓弯曲半径从最小1280 mm至最大7050 mm，共计48个圆弧弧度。

中间梯级长度随裙摆自由变换，底部三级台阶呈扇形布置。楼梯饰面为米黄天然大理石，扶手顶部及楼梯防滑条设置不锈钢条带。

由于造型复杂，特色楼梯无具体施工图，施工唯一依据为设计提供三维犀牛模型（图1）。

3方案策划

无设计施工图采用BIM技术进行裙摆式双曲流线型石材楼梯施工图深化设计。结构楼梯以折线完成楼梯裙摆造型，弧形石材无法与结构边线贴合紧密，且为确保立面石材安装牢固，立面弧形石材采用干挂石材工艺。

特色楼梯建筑效果要求高，不允许曲面以短的折线代替，且为保裙摆自然摇摆，单块石材亦为4角均不在同一平面的双曲形状，故石材加工效果是特色楼梯最终满足建筑效果的前提。为确保石材加工精度，采用由GMM公司生产的GL3型九插补轴高产量自动切割机进行曲面石材切割。

测量放线方法则是石材加工后的第2道影响特色楼梯效果的关键因素。将采用先行制作1∶1木楼梯模型，根据木模型外轮廓进行石材钢骨架现场实测定尺安装，后将加工好的石材精准定位安装于钢骨架，完成定位安装。

4实施要点

4.1 BIM深化设计

深化设计依据仅有的犀牛三维模型。楼梯外表面双曲异形，无法进行每根支撑石材钢骨架深化，钢骨架尺寸随木模型放样。

深化设计主要工作为石材分块深化。以曲面阳角为水平分界线，竖向调整宽度大约为800 mm，尽量以角度突变线为分界线，保证同一块石材各角点尽量靠近同一平面，可以降低石材荒料厚度。

楼梯整体由48个直径不等且弧度不等的圆弧拼接而成，故曲面石材定位不能依靠轴线，必须借助三维坐标进行精准定位。建立楼梯自有坐标系，用以进行楼梯各部分的精确定位。

4.2逆3D打印式

石材加工空间双曲异形石材受3D打印思路启发，由于3D打印无法以天然石材为打印材料，采用大型块材切除石材造型无关部分的逆3D打印方式进行三维多角度去面加工。

通过调查行业内异形石材加工情况，决定采用GMM公司生产的GL3型九插补轴高产量自动切割机，进行本工程异形石材加工。

将三维模型编辑为石材数控加工程序，导入切割设备，逆3D打印原理，设备上切割组对石材进行三维精准定位切割，将形成双曲不需要的石材以单元形式切除。

根据上载的切割程序，对石材进行平行、正交、对角、多角、圆弧和圆周切割，切割完成，进行抛光打磨，最终达到使用要求。

石材荒料厚度由150~450 mm不等，每块石材荒料根据三维模型加工程序确定，切割完成后，确保石材整体厚度均匀，且最薄处不少于30 mm。每块石材加工前与加工后均按照深化图要求进行编号。

4.3实体模拟空间定位

石材干挂与钢龙骨，石材异形布置，无法进行精确的钢龙骨定位，采用逆作法优先施工一般精度的1∶1木质实体模型，再由木质模型曲面表面向内反推钢龙骨位置，最终对双曲异形石材进行逐块三维定位，完成干挂安装。

木模型只是为钢架提供大致装饰面外边线轮廓使用，木模型施工精度控制在20 mm以内。利用木板良好的柔韧性，弯折木模板形成楼梯外轮廓。木楼梯外表面板材分格与石材一致。根据上述建立的楼梯自有坐标系y轴为基础，在三维模型内测量出每块板材与x,y轴的距离、角度及与±0.000高差。

采用墨斗将坐标轴在现场楼梯结构面上弹出，直接用卷尺水平测量，高度测量进行面板定位安装。楼梯扶手靠近内侧的曲线控制线采用全站仪辅助绘制。

4.4钢骨架逆作施工

木质楼梯模型施工完成后，施工人员从木面板面层及结构楼梯之间间隙进入楼梯模型内侧进行钢架主龙骨逆作法施工。

按由木面板内侧向内100 mm为主龙骨外接面尺寸进行主龙骨放样安装。钢架由膨胀螺栓与基层相连接，螺帽须拧紧，使用弹簧垫片防止松脱。钢架与基层埋件相连接，电焊焊接长度、厚度必须按设计要求进行。钢架安装完毕，必须采用专用防锈漆进行除锈处理。

4.5楼梯石材空间定位及安装

双曲异形石材安装精度高，石材与石材原则上不了缝隙，每块石材，独立定位，避免误差累计。

根据三维模型中自有坐标系读取的每块石材的4角坐标，分别在两侧架设BTS-901激光智能全站仪，采用全站仪自动悬空测量功能，进行石材空中定位。

第1块安装石材进行3角定位，1角复核，第2块、第3块石材均一侧与第1块石材靠齐，全站仪自动测量一侧2点坐标，进行定位。石材安装采用从中间到两侧的安装顺序，可以减少定位误差的累计。

单排石材从中间向两侧安装，单侧石材整体顺序也为从中间向下、上的顺序安装。由于石材为异形石材，故在钢架主龙骨安装完成后，暂时不能进行次龙骨安装，需优先将首块安装石材进行预定位。

利用全站仪进行定位，辅助人工搬抬的方式将石材位置大致确定，根据石材上下边线位置向石材中心返边长的1/4位置确定次龙骨位置，并在主龙骨标记次龙骨位置，同时在石材上标记转接件位置。

取下石材，焊接次龙骨及石材开孔。板材面积大于1 m2设8个孔（4对）；0.6~1 m2设6个孔（3对），小于0.6 m2设4个孔（2对），特殊小尺寸石板不得少于2个孔。

槽孔位在板厚的中心在线，孔径不小于20 mm，孔深不小于20 mm。将石材四角粘贴全站仪专用反光片，进行石材定位。

当一角坐标准确定位后，做临时固定，依次对石材其余三角进行定位，直至四角全部定位准确。

安装连接件，角度不合适，进行钢龙骨煨弯微调。连接件安装完成后，将螺帽拧紧，在拧紧的螺栓上再涂强力胶加固。

第2块安装横向紧邻首块石材，第2块石材安装前，可根据第1块石材次龙骨布置位置及石材布置走向确定第2块石材次龙骨位置，先行进行次龙骨安装。预拼第2块石材，理论上不留缝隙，使第2块与第1块已安装石材单侧顶紧，后利用全站仪复核第2块石材另一侧两角点，直至定位准确，相邻石材高差不超过3 mm。

4.6切缝、补缝、研磨、结晶

用无尘开缝机和2 mm厚度切缝片进行切缝处理，将石材间距切至均匀2 mm，用吸尘器吸掉接缝内灰尘，检查切缝处无污染、深度达到6~8 mm，符合补胶前的洁净要求。将高品质的云石胶进行调色，颜色要求接近于板材颜色，略微浅于板材（用于防止老化和养护后期的颜色变化的提前量）按照设计用量调配固化剂，补胶时要求胶缝必须高于石材表面，（避免打磨后产生塌缝现象）对于无法一次性补满的胶缝必须及时补满。

研磨按照50目、150目、300目、500目、800目、1 000目、2 000目、3 000目的顺序由粗到细依次打磨。

50目、150目、300目为粗磨阶段，粗磨阶段采用小型电动打磨机进行干打磨，主要以打磨剪口、云石胶为主，必须要求磨平剪口、无漏磨、无亮边、无波浪。

500~1 000目为细磨阶段，主要用于修复粗号磨片留下的划痕，2 000~3 000目为精磨阶段，用于打磨细腻度和恢复石材光泽。

细磨合精磨阶段可以用喷雾来解决研磨需要的水分，也可以用水性防护剂来代替清水。打磨后整体石材顺滑，无明显凸起为止，出现石材应用的光泽。

用结晶粉对打磨好的石材进行抛光，等待石材完全干燥后进行防护剂渗透涂刷处理，一般环境下干燥的时间为5~7 d，结晶后的石材表面更具有理想光泽度、细腻度，有加硬效果。