超大規(guī)模雙層混合幕墻結(jié)構(gòu)體系施工技術(shù)

方 園 趙 毅 張紅永 周常林 黃心穎 李佐強(qiáng)

1. 中建三局集團(tuán)有限公司 湖北 武漢 430064；2. 華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院 湖北 武漢 430074

大型公共建筑與超高層項(xiàng)目的建筑表面大多采用幕墻結(jié)構(gòu)，幕墻主要分為玻璃幕墻和金屬幕墻兩類。為控制造價(jià)，幕墻多為單層幕墻結(jié)構(gòu)[1-6]，雙層幕墻結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用較少，關(guān)于雙層幕墻結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)資料較為少見。因此，對(duì)雙層混合幕墻結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)進(jìn)行探索和總結(jié)，具有重要的工程技術(shù)應(yīng)用研究價(jià)值[7-13]。

河南省科技館新館（圖1）項(xiàng)目為超大規(guī)模雙層混合幕墻結(jié)構(gòu)體系。雙層混合幕墻施工技術(shù)的成功應(yīng)用，為大規(guī)模復(fù)雜幕墻工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于河南省鄭州市鄭東新區(qū)白沙象湖規(guī)劃區(qū)，由主館和為配合項(xiàng)目整體建設(shè)的圭表塔組成。主場(chǎng)館建筑高度43.0 m，地下1層，地上4層（不包括北側(cè)夾層），幕墻面積約95 000 m2。主館建筑整體外形是由多個(gè)不規(guī)則的曲面體有機(jī)順滑地集合成的一個(gè)不規(guī)則異形體，其表面大部分為鋁裝飾板所覆蓋。主場(chǎng)館非透光部位采用魚鱗狀鋁板，透光部位采用鋁板角度漸變翻轉(zhuǎn)，內(nèi)層透光玻璃幕墻。首層帶狀玻璃幕墻通透、明亮。中庭設(shè)置玻璃采光穹頂，滿足采光要求。建筑的整體形態(tài)由6個(gè)延展曲面和3個(gè)端面等基本面構(gòu)成，各個(gè)基本面之間圓滑過渡形成建筑整體表皮（圖2）。

圖1 主館玻璃幕墻整體效果

1.1 FS01混合幕墻結(jié)構(gòu)體系

本系統(tǒng)由內(nèi)到外的構(gòu)造層次分別為：主體鋼結(jié)構(gòu)層（非幕墻范圍）—三明治保溫一體板—3 mm裝飾陽極氧化鋁單板面層。各層表皮之間的相對(duì)關(guān)系為：防水層表皮距主體鋼結(jié)構(gòu)250 mm，裝飾面層表皮距主體鋼結(jié)構(gòu)1 000 mm。內(nèi)側(cè)三明治板由80 kg/m3的厚120 mm保溫巖棉及內(nèi)外厚0.5 mm鍍鋅鐵皮＋0.7 mm鋁鎂錳板組成，自重為81 kg/m3，最大板塊為1.0 m×4.5 m，質(zhì)量為43.74 kg。外側(cè)鋁板最大板塊面積為2.075 m2，單塊質(zhì)量為31.76 kg。

圖2 主館玻璃幕墻系統(tǒng)分布

連接桿件自室內(nèi)側(cè)到外側(cè)分別由φ102 mm×6 mm高耐候鋼支撐柱、φ70 mm×5 mm高耐候鋼支撐柱和φ52 mm×5 mm鋁合金撐桿組成，其中φ102 mm×6 mm高耐候鋼支撐柱自重為8.83 kg，每根φ70 mm×5 mm高耐候鋼自重為3.87 kg，每根φ52 mm×5 mm鋁合金撐桿自重為5.64 kg。基材采用鍍鋅鋼龍骨，用于面層與主體鋼結(jié)構(gòu)之間的連接，其中主龍骨采用80 mm×60 mm×5 mm、60 mm×60 mm×5 mm鍍鋅方鋼，次龍骨采用50 mm× 50 mm×5 mm鍍鋅方鋼（圖3）。

圖3 FS01內(nèi)層框架式幕墻＋外層陽極氧化鋁板幕墻（角度固定）

1.2 FS02混合幕墻結(jié)構(gòu)體系

內(nèi)層框架式玻璃幕墻＋外層3 mm裝飾陽極氧化鋁單板幕墻（角度漸變）混合幕墻結(jié)構(gòu)體系由內(nèi)側(cè)玻璃幕墻與外側(cè)翻轉(zhuǎn)鋁板幕墻組成[3]。距主體鋼結(jié)構(gòu)250 mm內(nèi)層玻璃幕墻構(gòu)造：6 mm＋1.52PVB＋6 mm＋16Ar＋8 mm鋼化夾膠Low-E中空超白玻璃（建筑脊線以上夾膠玻璃放在室內(nèi)側(cè)），玻璃外側(cè)設(shè)置防脫不銹鋼壓塊；玻璃最大單塊面積為6.48 m2，質(zhì)量637.35 kg。距主體鋼結(jié)構(gòu)1 000 mm裝飾面層構(gòu)造：3 mm裝飾陽極氧化鋁單板，最大板塊面積為2.075 m2，單塊質(zhì)量31.76 kg；背附鋁合金圓管φ80 mm×4 mm骨架連接系統(tǒng)；φ70 mm×6 mm高耐候Q345鋼支撐柱，長度0.71 m，質(zhì)量14.37 kg；φ20 mm不銹鋼拉桿加強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。基層龍骨與FS01系統(tǒng)相同（圖4）。

1.3 FS03首層豎明橫隱玻璃幕墻系統(tǒng)

此系統(tǒng)位于首層各立面及A1A2東面部分地下室玻璃幕墻，裝飾面層采用12 mm＋16AR＋6 mm＋1.52PVB＋6 mm單夾膠鋼化中空Low-E超白玻璃，最大板塊尺寸為1.5 m× 4.5 m＝6.75 m2，單塊質(zhì)量為405 kg。

圖4 FS02內(nèi)層框架式幕墻＋外層陽極氧化鋁板幕墻（角度漸變）

此系統(tǒng)豎龍骨為140 mm×75 mm×8 mm高精密焊接鋼龍骨（5 500 mm跨度以下）、200 mm×75 mm×10 mm× 8 mm高精密焊接鋼龍骨（5 500～8 000 mm跨度）、200 mm×75 mm×20 mm×18 mm高精密焊接鋼龍骨（8 000 mm跨度以上）。其中最大截面龍骨長8.2 m，質(zhì)量約為335 kg（圖5）。

圖5 FS03首層豎明橫隱玻璃幕墻

1.4 FS04穹頂采光頂幕墻系統(tǒng)

該系統(tǒng)位于屋面正中部位，中庭穹頂，裝飾面層采用8 mm＋16Ar＋6 mm＋1.52PVB＋6 mm單夾膠鋼化中空Low-E超白玻璃，最大板塊尺寸為2.1 m×2.5 m＝5.25 m2，單塊質(zhì)量為263 kg。材料采用汽車吊運(yùn)至屋面樓板處，采用滿鋪木跳板平臺(tái)進(jìn)行施工（圖6）。

圖6 FS04穹頂采光頂分布區(qū)域

2 施工總體部署

2.1 施工部署

為了實(shí)現(xiàn)河南省科技館新館工程幕墻項(xiàng)目的建設(shè)工期、質(zhì)量、安全及管理等方面的目標(biāo)，按照以下原則進(jìn)行工程部署：在工序安排上，遵循統(tǒng)籌考慮、合理搭接的原則；在資源組織上，遵循比選優(yōu)化、均衡配置的原則；在工藝選擇上，遵循先進(jìn)可行、經(jīng)濟(jì)適用的原則；在業(yè)主管理上，遵循全面遵從、周密服務(wù)的原則；控制關(guān)鍵線路上階段性進(jìn)度目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)總體工期目標(biāo)。

總體施工工序：施工準(zhǔn)備→整體土建結(jié)構(gòu)復(fù)測(cè)→幕墻樣板實(shí)施→幕墻施工→收口部位幕墻施工→竣工驗(yàn)收。各區(qū)施工時(shí)間均以主體結(jié)構(gòu)及鋼構(gòu)移交時(shí)間為開始時(shí)間，彼此獨(dú)立施工。

各區(qū)外立面均整體按照以下順序進(jìn)行施工：

各主場(chǎng)館（ACD區(qū)）：龍骨基層吊裝→腳手架安裝→玻璃及鋁板安裝。中庭鋼構(gòu)具備幕墻施工條件：腳手架搭設(shè)→轉(zhuǎn)接件安裝→玻璃幕墻安裝→鋁板幕墻安裝。

2.2 施工段劃分

幕墻工程施工段劃分情況如圖7所示。

圖7 幕墻工程分段示意

2.3 施工設(shè)備

機(jī)械設(shè)備在施工過程中的使用管理是機(jī)械設(shè)備管理的基本環(huán)節(jié)。機(jī)械設(shè)備的使用管理應(yīng)包括機(jī)械設(shè)備的正確選擇，合理地組合使用，適時(shí)地維護(hù)和保養(yǎng)等環(huán)節(jié)。正確選擇施工方案是選擇機(jī)械設(shè)備的前提。

在擬定施工方案時(shí)必須考慮工程環(huán)境、技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，以及供應(yīng)機(jī)械設(shè)備的裝飾性能。在使用中，必須嚴(yán)格按照機(jī)械設(shè)備的性能規(guī)定，不允許超性能使用。在施工方案允許的范圍內(nèi)，選擇機(jī)械設(shè)備時(shí)應(yīng)綜合考慮設(shè)備的生產(chǎn)效率、工程質(zhì)量完成情況、使用便利性與可靠性、后期維護(hù)和對(duì)環(huán)境的影響等因素。

3 施工工藝技術(shù)及措施

3.1 總體測(cè)量放線工藝流程

常規(guī)測(cè)量放線均采取在建筑外圍，采用全站儀對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行校核。在扭曲部位，因造型獨(dú)特，故采取在扭曲面平臺(tái)上，搭設(shè)操作平臺(tái)用于架設(shè)全站儀。操作平臺(tái)由扣件式腳手架搭設(shè)而成，隨施工進(jìn)度逐步向下拆除（圖8）。

圖8 測(cè)量放線流程

3.2 FS01混合幕墻結(jié)構(gòu)體系

本系統(tǒng)由內(nèi)部三明治板與外部80°鋁板組成，分布在外立面大面區(qū)域。施工高度為9.00～43.75 m。端頭部位的龍骨及支撐桿采取在地面焊接后采用25/50 t汽車吊，配合吊籠進(jìn)行安裝。三明治板采取手動(dòng)葫蘆從地面進(jìn)行起吊，鋁板面板單邊尺寸均小于1.6 m，采取施工電梯與平板車運(yùn)至施工區(qū)域，部分區(qū)域采取汽車吊轉(zhuǎn)運(yùn)至卸料平臺(tái)后，采取平板車在腳手架內(nèi)部運(yùn)輸。

施工流程：測(cè)量放線→支撐柱及撐桿焊接→主次龍骨焊接→鍍鋅鋼板安裝→三明治板安裝→打膠→防水層泛水包柱安裝→鋁合金連接爪件安裝→陽極氧化鋁板安裝。施工前，按照移動(dòng)小吊安裝要求進(jìn)行安全檢查，同時(shí)在小炮車后方采用麻繩或安全繩與后方柱子拉結(jié)固定；檢查施工用電的接駁是否符合機(jī)械用電需求，接電是否正確；檢查滅火器的配備；檢查施工人員是否符合工種要求；檢查施工人員的安全防護(hù)用具是否正常佩戴；檢查施工安全維護(hù)及消防設(shè)施等。

3.3 FS02混合幕墻結(jié)構(gòu)體系

本系統(tǒng)由內(nèi)部玻璃幕墻與外側(cè)漸變角度鋁板幕墻（30°～90°）組成，分布在外立面眼睛區(qū)域，處于立面中部位置，施工高度為9.00～43.75 m，安裝方式與FS01系統(tǒng)相同，因鋁板翻轉(zhuǎn)，其離主體結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)，故相較于FS01系統(tǒng)的鋁板安裝，需搭設(shè)四排架進(jìn)行施工。其中玻璃面板最大板塊為三角形玻璃，尺寸為4.4 m×3.5 m×3.8 m，質(zhì)量為637.35 kg，采用移動(dòng)小吊進(jìn)行吊裝。

施工流程：鍍鋅鋼轉(zhuǎn)接件安裝→支撐圓管焊接→鋁型材龍骨安裝→玻璃安裝→層間封堵安裝→拉索安裝→鋁板轉(zhuǎn)接件安裝→鋁板安裝→翻轉(zhuǎn)角度調(diào)整。漸變角度鋁板安裝時(shí)，其翻轉(zhuǎn)角度不一，投影長度不一（翻轉(zhuǎn)角度最大時(shí)，鋁板外側(cè)距離主體結(jié)構(gòu)1.5 m），故施工時(shí)，需將當(dāng)層腳手架改為施工平臺(tái)，避免腳手架與翻轉(zhuǎn)鋁板碰撞。每層的架體改動(dòng)均需由班組根據(jù)進(jìn)度向項(xiàng)目部提出申請(qǐng)后，由架子工進(jìn)行改架，項(xiàng)目部進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)收后方可投入使用。鋁板采用卸料平臺(tái)及人工搬運(yùn)進(jìn)行施工。

3.4 FS03首層豎明橫隱玻璃幕墻系統(tǒng)

首層幕墻分布區(qū)域?yàn)榻ㄖ锸讓右蝗?，造型高度漸變，最高點(diǎn)位于西面1-DC—1-CC軸，玻璃幕墻高度10 m，吊頂鋁板完成面離地面8.95 m，龍骨生根面離地面11.2 m。首層玻璃幕墻龍骨采用鋼龍骨，且跨度較大，安裝時(shí)采用架設(shè)在鋼構(gòu)上的手動(dòng)葫蘆進(jìn)行起吊后安裝，玻璃利用手動(dòng)葫蘆進(jìn)行起吊后，施工人員站在腳手架上，配備室內(nèi)輔助人員進(jìn)行安裝。先安裝龍骨，再安裝玻璃。

3.5 FS04穹頂采光頂系統(tǒng)

采光頂施工高度43.65 m，造型呈拱形，坡度27°，最大板塊尺寸為2.1 m×2.5 m，單塊質(zhì)量為516.37 kg。玻璃板塊的運(yùn)輸采用塔吊/汽車吊吊運(yùn)至屋面堆放，嚴(yán)禁集中堆放；應(yīng)分散并選擇有結(jié)構(gòu)梁體的部位堆放；吊裝時(shí)在地面塔吊運(yùn)行軌跡內(nèi)設(shè)置防護(hù)警示，并派專人看護(hù)，禁止人員在軌跡內(nèi)走動(dòng)；采光頂材料采用東南角塔吊/汽車吊垂直運(yùn)輸至屋面的觀景平臺(tái)，施工前由人工搬運(yùn)至施工區(qū)域，玻璃吊裝采用玻璃架綁定，型材吊運(yùn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，捆扎應(yīng)牢固可靠，防止吊裝時(shí)損傷及掉落。

屋面玻璃采光頂幕墻系統(tǒng)分布在屋面中心位置，采用厚50 mm木跳板滿鋪平臺(tái)施工；在安裝玻璃板塊前要將玻璃清理干凈，按層次和安裝順序堆放好，堆放時(shí)要適當(dāng)傾斜，以免玻璃傾覆。

采用人工抬運(yùn)的方式進(jìn)行安裝；安裝時(shí)中庭地面做好防護(hù)圍欄，派專人防守，禁止人員在施工下方走動(dòng)；施工時(shí)，從頂部向下施工，基座型材通過人工搬運(yùn)至施工平臺(tái)后，通過螺栓進(jìn)行固定連接。

3.6 扭曲幕墻部位腳手架工程

在建筑西面中部，東北角、東南角，交會(huì)部位造型扭曲，以屋脊為分界線，下方造型為垂直面，上方造型為扭轉(zhuǎn)造型，從平面漸漸扭曲變形至立面造型。均為雙層幕墻，施工難度大，搭設(shè)措施復(fù)雜，屋脊下方為垂直面，該區(qū)域可直接搭設(shè)腳手架進(jìn)行施工。

東北角扭曲造型位于1-3c軸交1-Cb軸，屋脊線高度起于17.90 m，止于41.17 m，高度為23.27 m，屋脊上方面層南北方向傾斜成20.23°，東西方向傾斜，高差21 m，橫向距離66.69 m，傾斜成17°。該區(qū)域鋪設(shè)安全兜網(wǎng)及木跳板，按照分格設(shè)置橫向檁條阻擋下滑，滿足人員站立施工條件。

東南角扭曲造型位于1-Da軸交1-4c軸，屋脊線高度起于17.90 m，止于41.17 m，高度為23.27 m，屋脊上方面層南北方向傾斜成24.83°，東西方向傾斜，最大高差23 m，橫向距離16 m，傾斜成59°。該區(qū)域僅部分區(qū)域鋪設(shè)木跳板，按照分格設(shè)置橫向檁條阻擋下滑，滿足人員站立施工條件，另一部分采取搭設(shè)滿堂腳手架，立柱落在鋼結(jié)構(gòu)上搭設(shè)平臺(tái)進(jìn)行施工（圖9）。

圖9 扭曲部位腳手架搭設(shè)方案

西面扭曲造型位于1-Bb軸交1-Ea軸，屋脊線高度起于14.326 m，止于34.136 m，高度為19.81 m。屋脊上方面層南北方向傾斜成11.45°，東西方向傾斜，坡度較陡，傾斜成59°～80°。木跳板平臺(tái)不滿足施工條件，因此采取搭設(shè)腳手架的方式安裝，鋼管立柱落在鋼結(jié)構(gòu)上搭設(shè)平臺(tái)進(jìn)行施工。

為便于施工，采取分段搭設(shè)措施：屋脊下方采取搭設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行施工，屋脊上方平面區(qū)域采用在邊緣鋼構(gòu)上固定腳手管作護(hù)欄，施工區(qū)域滿鋪木跳板進(jìn)行施工。對(duì)于屋脊上方坡度較陡區(qū)域，采用在鋼結(jié)構(gòu)上搭設(shè)腳手架，并分層施工，分層拆除腳手架，從上至下進(jìn)行施工直至施工完成。

4 結(jié)語

本工程目前已順利完成共計(jì)50 000 m2雙層混合幕墻結(jié)構(gòu)體系的施工任務(wù)。本文所總結(jié)的雙層混合幕墻結(jié)構(gòu)體系的施工總體部署、總體測(cè)量工藝、施工流程及扭曲部位腳手架搭設(shè)方案等主要工程經(jīng)驗(yàn)，可供同類工程施工參考和借鑒。