超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法形成原因

中国国家博物馆是新中国成立十周年建设中“全国十大标志性建筑之一”。在这次改扩建工程中，整个大厅吊顶为藻井天棚造型，结构形式由纵横包梁及359个锥形铝方筒组合式透空藻井组成。纵横跨度248米x120米，高度30.4米，总面积18372平方千米，是整个装饰工程中关键项目之一，也是馆内所有装饰中工程量最大，难度系数最高的高空作业项目。其质量要求之高，施工难度之大，均未全国首例。天棚藻井静空最高高度40多米，且地面结构层次多，采用常规落地式脚手架安装天棚藻井，安装难度大，成本费用高。在施工方案的选择中，公司运用了钢结构及马道顶部组装、藻井、铝板包梁地面分层组装、整体吊装的“超高、大跨，度天棚藻井系统的施工创新技术，大大降低了成本，加快了工程进度，经济效益和社会效益显著，在总结施工经验的基础上，为了使天棚藻井组合分层安装装工艺得到推广，特编制《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》。

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的工法特点是：

1.利用天棚藻井的分层组合构造设计，工法采用了藻井天棚组合件上下分层组装施工工艺，省去了满堂红脚手架搭设，减少高空作业，保证了作业人员的安全，节约了生产费用.

2.采用该工法施工天棚藻井为地。上其他装饰工程作业提供了作业场地，避免了交叉作业，加快了生产周期。

3.该工法针对超长铝板包梁进行优化设计，设置柔性伸缩缝，解决了超长铝板包梁温度变形的施工难题，保证了安装质量。

超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法适用范围

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》适用于室内大跨度、高净空大厅藻井天棚施工。

超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法工艺原理

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的工艺原理叙述如下：

将单个藻井分为钢骨架结构及马道部分、反射透光张拉膜部分、铝方筒及小梁以外人口组成部分、完整性分格式铝板包梁部分等不同的结构层次，运用钢结构及马道顶部组装、藻井、铝板包梁地面分层组装、整体吊装技术安装天棚藻井，并通过设置在组件间微调机理，实现组件的三维微调，保证大空间天棚藻井平整度和线条的平顺。

超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法施工工艺

• 工艺流程

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的工艺流程参见图1。

• 操作要点

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的操作要点如下：

1.大厅整体分格定位放线组织一支专业的测量放线队伍，建立施工测量控制网，根据先整体后局部、高精度控制低精度的施工测量工作原则，准确地施测和保护好天棚平面控制网和高程控制网，为整个天棚工程各细部定位和高程确定提供依据，为整个天棚工程施工测量精度与分区、分期施工相互衔接顺利进行工作提供基础。

2.顶部结构层安装吊顶钢结构安装分为两个部分进行，首先将马道钢构系统安装完毕后，再安装藻井钢构结合层骨架系统。

3.钢骨架牛腿支撑安装由于屋架钢结构不允许任何热源，影响屋架产生内应力与变形，故采用螺栓固定方式进行牛腿支撑的安装。（见图2）

4.组装马道及栏杆施工人员在操作平台上将马道钢梁安装就位后，根据定位线进行调整，校正后螺栓固定，随后铺设马道踏板，每组踏板中心部位留检修孔，然后将4组栏杆安装就位，与马道龙骨进行焊接，马道系统安装完毕，依次顺延安装。然后将地面线放置到马道部位，核线定位。（见图3）

5.制作铝方筒结合层骨架：将藻井钢结构分成4组，减轻了自重，便于人工搬运、调整及高空组装。将每组钢结构安装就位后，临时固定，根据定位线校正无误后螺栓固定，依次顺延安装。藻井钢结构安装完毕后，安装吊筋，将吊筋的上端与原预埋杆件搭接焊接，搭接长度大于10d，吊筋的下端与藻井钢构件栓接，便于调整紧固，并在张拉膜标高位置预留耳板，便于安装张拉膜。

6.铝包梁、藻井铝方筒锥体地面组装：

1）铝方筒组件制作：铝方筒组件是指叠成锥形铝方筒的方形铝框，为工厂化生产，现场拼装组合，在加工过程中，严格按照设计和现场安装的要求控制好成品的精度和生产进度。产品出厂前严格检查其质量，做好保护处理，做到不合格产品不进场。产品出厂时是半成品，在运输过程中应做好产品的保护措施，码放要合理，严禁碰撞或挤压，防止产品掉漆和变形。

2）制作胎模及地面组装铝方筒：在施工前清理好施工现场，制作产品拼装胎模。（见图4）调节好胎具，按步骤拼装，严格按规范操作，按照产品的设计要求，控制好产品尺寸的精度，保护好产品的表面，产品成品的质量必须达到优良标准。

7.喇叭口拼接工艺。（见图6）

8.喇叭口是由四个相同的三角体铝板组成，如图7所示。为了控制好接缝处的高低差、接缝平整度和直线度，使其符合设计要求，在拼角处采用8个以上的铆钉进行锚固连接，在组装喇叭口时，必须要对齐相邻的2个三角体铝板的接缝处，同时用大力钳进行紧固，然后用铆钉对拼接紧固处进行锚固。

9.椎体铝方筒造型拼装工艺。（见图8）

10.型材转角拼装节点，见图9。

11.椎体角度控制机分格分布控制节点。（见图10）型材的拼接采用现场组角的方式，型材到场后，首先用方头螺丝进行固定，再穿入角玛后用组角机进行挤压，挤压过程中要求角度精确，型材表面平整，对角线一致；其次用型材模具进行组装，组装后分别安装孔板、吸声棉、背筋等，最后进行检查检查验收。

12.包梁钢骨架制作采用40x40x3镀锌方管以及M12镀锌丝杆制作成可固定、调整的钢结构单体框架，组成与铝板框。架的连接体系。（见图11）

13.包梁工厂制作、独立方块定位安装。（图12）

14.纵横梁体地面组装：纵横梁体在现场进行M8镀锌丝杆的安装，通过对镀锌丝杆的起吊实现包梁以及独立方块点的整体吊装。

15.拼装灯槽：用16根40x3毫米的角钢把灯槽和组装好的型材连接起来，并用M8和M12的镀锌螺栓进行固定连接。然后对安装好的灯槽进行水平、垂直的调试，使其符合设计要求。组装完成后，公司施工队质检员和安全员先进行自检，然后请施工方和本单位人员进行互相检查，合格后再上交监理进行检查，检查合格后进行吊装。

16.成品的吊装

1）测量放线：测量工根据图纸所示位置，以下玄梁梁底标高为基点进行标高测量定位，以轴线为水平测量基点，测量完成复检无误后定位。

2）防护操作搭设：施工人员先在施工部位的两端上玄钢梁上搭设一道绳索，绳索两端用专用扣件锁紧，安装人员将安全带挂到绳索上，然后人员就位，方便安装操作。

17.吊装方案：

1）对藻井的重量进行计算，通过计算吊装的总重量约为500千克，采用两个220伏的卷扬机同时起吊的方式进行吊装，每个卷扬机的额定荷载为600千克。

2）安装吊装器材时，首先把卷扬机固定在马道的牛腿上，工字钢加固在吊点上方的工字钢梁上，然后把直径50的钢管穿在工字钢上，同时把卷扬机的一端固定在吊点正上方的钢管中央，然后采用两个导向轮，进行双绳起吊。

3）针对国家博物馆高低错落的格局，分别设计了垂吊与斜吊两种施工方案。对于现场无法采用垂直起吊的地方，则采用斜吊的方式进行，斜吊时，采用两个卷扬机固定在藻井吊装的正上方垂直进行吊装，下面工人用绳索进行横向牵移，待藻井型材过了障碍物后，再进行垂直起吊。

4）当藻井用卷扬机吊装到预定位置后，施工人员应快速把藻井的挂件挂到相应的钢结构上，再按图纸和甲方的设计交底要求，进行测试实验，再用挂件螺栓进行紧固，并把藻井用铆钉固定在钢结构上；安装完毕后首先进行自检，然后请主管技术人员和监理进行验收，合格后本次吊装工作完成。

5）纵横包梁吊装程序与藻井吊装方法相同。

18.微调结构层

1）对每个部分均可在安装过程中进行对角线较平的微调，确保各部分的安装准确性。

2）藻井微调校正：每个单体藻井共有16个构造节点可供上下、左右微调，每个节点通过在藻井背面设置L50x70x3.0毫米角钢，采用M14螺杆及钢制吊码共同形成。（见图13至图14）

3）包梁微调结构校正铝板包梁的微调原理与藻井的微调构造原理一样，每跟包梁通过M8螺杆与钢制吊码建立4个可调节构造节点进行上下调节。（见图15）

19.精度调整标准：1）水平高度精度校正后达到全长高差控制在2毫米以内。

2）水平左右方向校正后达到全长方向控制在1.5毫米以内。

3）确保纵横梁体与藻井同时达到十字对角线控制在2毫米以内。

20.灯具、透光张拉膜安装以及成品最终确认：在藻井与包梁吊装调整完成之后，采用灯具安装及调试、透光张拉膜安装交叉作业方法进行现场施工，同时通知机电、消防进行安装配置。安装及调整完成之后，对单个藻井及包梁的精度、质量进行确认。

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》所需的主要施工设备如下：

1.扳手、螺丝刀、卷扬机、手动葫芦、拉钉枪、红外线水平仪、电焊机、切割机、台钻、经纬仪、钢丝绳、卡口、电缆线、组角机、手钻枪、空压机等。

2.材料2.0毫米厚定型铝型材，50毫米厚玻璃吸声棉，38x15x5x0.8镀锌槽钢、50毫米x70毫米x3.0毫米镀锌角钢，2.0毫米厚铝板，A级透光张拉膜等。

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的质量控制要求如下：

• 质量标准依据

1.《建筑装饰装修工程质量验收规范》CB5021-2001。

2.《工程测量规范》GB50026-2007。

3.《铝材验收标准》GB/T5237.1-2004。

4.《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001。

5.《建筑工程施工质量评价标准》GB/T50375-2006。

6.《建筑装饰优质工程评审标准》DBJ/T01-104-2005。

7.《高级建筑装饰工程质量验收标准》DBJ/T01-27-2003。

8.《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002。

9.《钢结构设计规范》GBJ17-88。

• 质量过程控制

一、深化设计

组织一支专业测量队伍，对现场进行真测量，严格贯彻原设计的思想，并配合各专业完成深化图纸的设计任务，确保深化图纸的可操作性，确保建筑误差消化在图纸之中。

二、施工管理

1.建立由项目经理为主、以技术总工为首的质量管理部，并配有2名专项质检员，各班组的兼职质检员及各施工人员的自检、互检的管理体系。

2.采用样板制，对每个不同的施工工艺部位均采用样板先行，待确认后进行局部的改进与加强后进行全面推广。

3.确定施工工艺程序，建立施工工艺管理及检验程序，组织好每道工序的自检、互检、抽检与复检，并对每道工序设立专门的质量检验员，对每道工序检查进行现场拍照记录。

4.建立一套完整的安全控制系统，对材料的进场分区、分部位进行堆放，建立一个完整交通安全通道。

三、物资进场管理

1.物质进场采用分批报验制，对进场的物资进行全面的控制。

2.主要材料进场分批报验，现场检查及抽样检查，见证取样复检的办法。

3.分区、分部位、分类堆放，建立-一套完成的材料管理领用制度。

4.建立一套完成的资料档案。

5.成品保护加强对半成品、成品的保护工作，保持和国博各个装修公司的联系，防止对已经组装好的铝型材进行划伤，竣工验收前，清除已完工天棚藻井上的所有保护胶纸或覆盖材料。

• 质量检查标准

一、钢结构焊缝质量

1.表面成型良好，焊缝与母材应圆滑过渡。

2.无裂纹、气孔，夹渣和熔合性飞溅。

3.焊缝余高不宜大于1.5毫米，解焊缝焊脚高度应按图纸要求执行或等于较薄者的厚度。

4.焊缝宽度应均匀一致，其偏差不得超过2毫米。

二、天棚饰面质量标准

主控项目：1.吊顶标高、尺寸、梁体尺寸大小误差控制保证大小精度在±1毫米之间。检验方法：观察，尺量检查。

2.饰面材料的材质、品种、规格、图案和颜色应符合设计要求。检查方法：观察；检查产品合格证书、性能检测报告、进场验收记录和复检报告，通过微调后全长控制在土3毫米之间，水平高度在士2毫米之间。

3.暗装龙骨吊顶工程的吊杆、龙骨和饰面材料的安装必须牢固。检验方法：观察；承重检查；检查隐蔽工程验收记录和施工记录。

4.吊装后的铝型材和梁的接缝处整体，缝隙一直均匀，应符合设计要求，并成一条直线。检验方法：观察。

一般项目：1.饰面材料表面应洁净，色泽一致，不得有翘曲、裂缝及缺损，压条应平直、宽窄一致。检验方法：观察，尺量检查。

2.与饰面的型材交接应吻合，严密。检验方法：观察。

3.金属吊杆、龙骨的接缝应均匀一致，角缝应吻合，表面平整，无翘曲、锤印。检验方法：检查隐蔽工程验收记录和施工记录。

4.吊顶内填充吸声材料的品种厚度应符合设计要求。检验方法：检查隐蔽工程验收记录和施工记录。

5.暗装龙骨吊顶工程安装的允许偏差和检验方法应符合下表要求。

采用《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

• 安全施工依据条文

1.《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-91。

2.《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2001。

3.《施工现场临时用电安全技术规程》JGJ46-2005。

4.《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2001。

5.《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99.8。

• 安全施工措施

1.建立安全管理组织体系成立由项目经理部安全生产负责人为首，各施工单位安全生产负责人参加的“安全生产管理委员会”，负责现场的安全生产管理工作。

2.防护操作平台搭设施工人员先在施工部位的两端上玄钢梁，上搭设一道钢索，钢索两端用专用扣件锁紧，安装人员将安全带挂到钢索上，然后人员就位，用满足荷载要求的铝合金型材搭设防护操作平台，防护操作平台的规格须满足单个藻井安装需要，防护操作平台的数量根据现场组织进度配置，操作平台的两端必须与原结构钢梁锁死，防止其水平滑动，形成一个有效、安全、便捷的防护体系。

3.安全重点、难点预控制定详尽的《施工安全管理手册》，以及形成完善的施工安全管理体系，制定安全的用电和防火措施，通过以上的措施大大增加了公司在安全生产方面的系数。

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的环保措施如下：

超高大跨度天棚包梁、藻井铝方筒锥体分层微调固定施工方法，采用了工厂定型半成品加工、现场地面组装、整体吊装、测量调整校正等施工技术于-一体，运用流水作业分区、分部位交错安装，实现无粉尘、无油漆污染、产品工厂化、现场全环保施工，达到《民用建筑工程室内环境污染控制规范》中对材料的要求，达到绿色环保要求。

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的效益分析是：

1.采用了超高大跨度天棚包梁，藻井铝方筒锥体分层微调固定施工方法，免去全场的满堂红脚手架约160000立方米，以及脚手架3个月的费用，直接节约约400万满堂红脚手架的资金，减少了大量劳动力的投入，简化了现场施。工组织方案，降低了工程管理成本。

2.利用分层微调固定施工方法，采用工厂半成品定型加工及现场地面组装的方式，大大提高了生产效率及组装一次性安装精度，加速了工程的同步进程。

3.利用分层微调固定施工方法，改变了原设计结构，节约了冲孔铝板面积1440平方米，并提高椎体自身的刚度及结合性能，具有明显的社会效益和经济效益。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算

《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》的应用实例如下：

国家博物馆大厅天棚藻井饰面工程，近20000平方米、359个锥形铝方筒组合式透空藻井装饰采用了超高大跨度天棚包梁，藻井铝方筒锥体分层微调固定施工方法，在整个施工过程中，形成了一套完整的工厂加工制做、现场地面组装、整体吊装、校正测量以及管理的施工工艺，整体效果不错，观感良好，并得到德国设计师以及各方的认可。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009—2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《超高大跨度天棚藻井系统分层施工工法》被评定为2009—2010年度国家二级工法。 2100433B

藻井总论

藻井是敦煌图案中的精华，由于它高踞石窟顶部，受风沙及恶劣自然环境的损坏较少，同时也免除了许多人为的损坏，故保存的很完好。敦煌的藻井多达四百余顶，绘制十分精致。

藻井分类

按其方井结构和中心纹样可分为五类：

①方井套叠藻井：是北朝平棋图案的遗风，只得保留了方井套叠框架的结构，井内纹样却有多样变化。

②盘茎莲花藻井：是隋代独有的一种藻井，特征为井内是一八瓣大莲花，莲花周围盘绕变形茎蔓忍冬纹，纹样倾向自然形态。井外有圆形连珠纹、忍冬纹、白珠纹三道边饰，长、大精美的三角纹垂幔。 隋代藻井作品没有程式，形象新颖，千边万化，各逞其思，各有其妙。

③飞天莲花藻井：井心较宽大，大莲花周围画若干飞天绕莲花飞翔，此类藻井装饰已超越了窟室的空间，让人有一种举首高望空旷辽阔的感觉。

④双龙莲花藻井：井心莲花两侧画作二龙戏珠状，藻井四周画十六飞天撒花奏乐，内外呼应，有强烈的动感。

⑤大莲花藻井：井内只画一朵大莲花，或四角偶配一角花，井外边饰层次较多，简练清新。中国传统建筑中室内顶棚的独特装饰部分。一般做成向上隆起的井状，有方形、多边形或圆形凹面，周围饰以各种花纹、雕刻和彩绘。多用在宫殿、寺庙中的宝座、佛坛上方最重要部位。

现存最早的木构藻井，是蓟县独乐寺观音阁上的藻井，建于984年，为方形抹去四角，上加斗八（八根角梁组成的八棱锥顶）。北京故宫太和殿上的蟠龙藻井，是在八角井上设一圆井，当中为一突雕蟠龙，垂首衔珠，称为龙井，是清代建筑中最华贵的藻井。

荣誉表彰

2011年9月，《大跨度快拆小径木支撑系统施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2009~2010年度国家二级工法。 2100433B

藻井的形式有四方八方，圆形等，构造复杂。有的藻井各层之间使用斗拱，雕刻精致，华美，具有很强的装饰性；有的藻井则不用斗拱，而以木板层层叠落，既美观而又简洁大方。

故宫太和殿，养心殿，钦安殿，皇极殿等重要大殿内，在所设的皇帝宝座和供奉神佛的龛上部，天花中间即装饰藻井，并且藻井内做成雕龙浑金形式。虽然都有雕龙装饰，但绝不雷同。

蟠龙圆圈外较大的圆周上，则雕有二十四个黄梨花头灯座。由灯座底部又各自引出一条红色飞带，托看一个黄底青叶红花的环形顶盖。这二十四条放射线状的飞带，把图形藻井衬托得更有深度感。再由黄梨花头灯座向外扩张，另有个由内向外渐次而大的圆周。这些圆周上有莲花灯九十六盏，妈祖神像一百二十座。这些灯座及神像由外圈到内圈逐圈缩小　匠人处心积虑的安排。主要使它和飞带同样具有深度感的作用。二十四条飞带的发源处，雕有二十四只古狮。而每两狮之间又立妈祖神像一座。使古狮带有守获的意味。