蝴蝶形建筑空間異形幕墻施工技術(shù)

唐 安 廖 勇

中建不二幕墻裝飾有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410007

隨著我國(guó)建筑施工水平的快速提升，各種異形標(biāo)志性建筑蓬勃發(fā)展，極不規(guī)則的異形外立面幕墻越來越多，造型越來越新穎，各種極不規(guī)則的空間異形曲面造型對(duì)幕墻的施工提出了更高要求[1-2]。

本文結(jié)合蝴蝶形建筑空間異形幕墻的下料、加工和安裝施工案例，總結(jié)出一套操作性極強(qiáng)的幕墻施工方法，供類似異形幕墻項(xiàng)目借鑒。

1 工程概況

廣西柳州市柳東新區(qū)文化廣場(chǎng)項(xiàng)目北鄰緯九路，南鄰龍湖，西鄰新儒路，建設(shè)用地東西向約400 m，南北向約190 m。整個(gè)工程地上結(jié)構(gòu)分為A區(qū)（A1科技館、A2青少年宮）、B區(qū)（B1群藝館、B2文化配套中心）、C區(qū)（拱廊），地下設(shè)有2層連通的地下室。整個(gè)外立面呈蝴蝶形狀（圖1）。

圖1 項(xiàng)目鳥瞰圖

本工程采用了GRC（玻璃纖維增強(qiáng)混凝土）、GRG（玻璃纖維增強(qiáng)石膏板）以及大板塊雙曲全鋼化3層玻璃[10＋2.28PVB＋10（LOW-E）＋12A＋12]等新工藝、新材料。玻璃幕墻主要位于1～3層位置，GRC幕墻主要位于4層以上及屋面位置。玻璃板塊大部分面積為5 m2左右，每塊質(zhì)量約400 kg，玻璃最大板塊為8 m2，質(zhì)量為640 kg，最大板塊位于C區(qū)。GRC板塊大部分面積為15 m2，每塊質(zhì)量約為900 kg，最大板塊為30 m2，質(zhì)量為1 800 kg。

2 工程重難點(diǎn)

2.1 以BIM技術(shù)應(yīng)用為核心的幕墻深化設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)造型復(fù)雜，表皮模型無規(guī)律、變化大。幕墻結(jié)構(gòu)防水穿透點(diǎn)多，對(duì)防水保溫體系設(shè)計(jì)要求高。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行幕墻系統(tǒng)空間碰撞檢查、幕墻與結(jié)構(gòu)表皮碰撞檢測(cè)，通過碰撞檢測(cè)結(jié)果，找出問題指導(dǎo)設(shè)計(jì)深化工作，細(xì)化每一處節(jié)點(diǎn)做法指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.2 幕墻板塊空間三維放線定位

外立面及屋面均為極不規(guī)則形狀，立面板塊有不規(guī)則雙曲結(jié)構(gòu)，測(cè)量放線系空間定位，對(duì)測(cè)量精度和準(zhǔn)確度要求高，測(cè)量工作難度大。主體鋼結(jié)構(gòu)在卸載完成后所產(chǎn)生的沉降無法精準(zhǔn)預(yù)計(jì)，必須采用掃描儀對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維掃描，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制點(diǎn)坐標(biāo)反饋至模型中，進(jìn)行逆向建模。在安裝過程中對(duì)輔助鋼結(jié)構(gòu)、二次鋼結(jié)構(gòu)、GRC轉(zhuǎn)接件、GRC面板、玻璃面板等都要進(jìn)行三維定位放線、安裝跟蹤測(cè)量。

2.3 超大異形玻璃和GRC面板加工質(zhì)量控制

外立面玻璃均為曲面玻璃，且為3層結(jié)構(gòu)，玻璃邊角與不銹鋼托碼之間的間距只有12 mm，玻璃板塊稍有偏差就有可能裝不上。GRC板塊面積平均為15 m2，板塊間的膠縫寬度只有16 mm，且板塊為異形，加工尺寸必須與模型保持一致，偏差容許小，加工質(zhì)量要求高。

2.4 超大異形玻璃及GRC板塊精準(zhǔn)安裝

超大異形曲面玻璃和GRC面板，每塊只有按空間理論位置精準(zhǔn)安裝就位才能保證建筑外形和建筑效果。運(yùn)用二維編碼與板塊識(shí)別技術(shù)，對(duì)每塊面板進(jìn)行編碼，防止安裝錯(cuò)誤造成誤差。

采用三維空間坐標(biāo)定位法，對(duì)每一個(gè)支撐點(diǎn)進(jìn)行尺寸精度控制，同時(shí)設(shè)定尺寸控制單元和觀測(cè)點(diǎn)，防止誤差積累，對(duì)整體圓弧面進(jìn)行幾何尺寸控制。每一個(gè)尺寸控制單元的水平和豎向誤差控制在±3 mm以內(nèi)，對(duì)角線誤差控制在±5 mm以內(nèi)。

3 工程幕墻特點(diǎn)

3.1 豎明橫隱玻璃幕墻系統(tǒng)

1）豎明橫隱玻璃幕墻主要位于1～4層外傾部分（圖2），該系統(tǒng)豎向采用鋼龍骨加明框鋁合金裝飾蓋板，橫向設(shè)置特制不銹鋼玻璃托板，采用無橫梁結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)不規(guī)則立面變化?？梢晠^(qū)域面板為10＋2.28PVB＋10（LOW-E）＋12A＋12超白夾膠中空鋼化玻璃。

圖2 玻璃幕墻和GRC幕墻分布

2）豎明橫隱玻璃幕墻采用型鋼龍骨，外露部分表面進(jìn)行氟碳噴涂處理。鋼立柱無法通過橫梁輔助調(diào)整自身彎曲度，必須在加工廠校直并噴完底涂后才能安裝上墻，另在滿焊過程中嚴(yán)格注意滿焊次序，避免在焊接過程中發(fā)生鋼材彎曲現(xiàn)象。

3）豎明橫隱玻璃幕墻每塊玻璃的規(guī)格尺寸不同，其中不同規(guī)格的玻璃數(shù)量達(dá)3 500個(gè)，玻璃本身板塊大、質(zhì)量重，不宜多次轉(zhuǎn)運(yùn)，因此從材料下單到廠家生產(chǎn)，再到到貨，每個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格把控，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工流向排產(chǎn)到貨。

4）豎明橫隱玻璃幕墻大部分為外傾位置，在安裝玻璃板塊時(shí)無法按正?？蚣苁讲Ａ粔Π惭b，因此項(xiàng)目采取了自制夾具將周邊相鄰玻璃進(jìn)行固定后再按傳統(tǒng)方式進(jìn)行安裝的方法，有利于后期破片修補(bǔ)和安全保證。

3.2 GRC幕墻系統(tǒng)

GRC幕墻主要位于4層以上位置，系統(tǒng)骨架采用100 mm×200 mm×6 mm型鋼龍骨＋防水保溫系統(tǒng)，室外采用厚15 mm米白色氟碳漆飾面GRC面板，室內(nèi)采用10 mm厚GRG面板（圖3）。

圖3 GRC幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.2.1 GRC面板吊裝特點(diǎn)

1）GRC面板在地面起吊后，通過手拉葫蘆，將其大致調(diào)整到與屋面的曲線、坡度傾斜角度相近后，將手拉葫蘆的手鏈進(jìn)行綁扎，防止在起吊過程中出現(xiàn)滑鏈等危險(xiǎn)情況。在地面和安裝位置，必須由專業(yè)的起重指揮工指揮吊裝，指揮信號(hào)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、清晰、明確。吊裝GRC板所使用的手拉葫蘆起重量為2 t。

2）在GRC面板吊運(yùn)到安裝位置后，將GRC板塊的限位固定點(diǎn)圓管放入連接牛腿的限位U形槽內(nèi)，然后進(jìn)行臨時(shí)就位固定，全程采用經(jīng)緯儀測(cè)量板面4個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)，利用手拉葫蘆、緊線器等微調(diào)工具就位安裝，通過轉(zhuǎn)接件的雙向調(diào)節(jié)長(zhǎng)形孔調(diào)節(jié)好板面“三度”后，擰緊3個(gè)固定點(diǎn)的轉(zhuǎn)接件固定螺栓。固定時(shí)，必須保證板塊的穩(wěn)固性，防止板件墜落。

3）GRC面板安裝就位、校正完成后，應(yīng)及時(shí)固定，防止施工過程中因大風(fēng)、碰撞等而發(fā)生墜落。

4）GRC面板安裝時(shí)，由于下層防水層與GRC板安裝間隙距離較小，故要做好對(duì)防水層的成品保護(hù)，避免人為碰撞損傷防水層。

5）GRC面板安裝定位前，首先進(jìn)行GRC支座（轉(zhuǎn)接件）的安裝與精確定位，這是保證GRC板安裝就位后精確調(diào)整的前提。

3.2.2 GRC面板安裝順序

1）本工程的GRC通用板塊的尺寸為3 m×5 m，有4個(gè)固定點(diǎn)，其中2個(gè)為永久固定點(diǎn)，另外2個(gè)為活動(dòng)固定點(diǎn)，此設(shè)計(jì)方式是為了保證板在安裝后，可以對(duì)板進(jìn)行精度調(diào)整，保證GRC板整體安裝完成后的順滑、平整，同時(shí)考慮施工完成后的檢修工作。

2）GRC板的上表面與下部防水層之間的間隙約200 mm，施工人員很難進(jìn)行內(nèi)部操作，因此GRC板安裝有嚴(yán)格的順序要求。GRC板在加工廠加工時(shí)必須按照施工方案圖排定的區(qū)塊順序進(jìn)行加工，安裝時(shí)要按事先排定順序依次安裝，否則會(huì)導(dǎo)致板的支撐點(diǎn)無法安裝到位。GRC板安裝原則為：先安裝一塊板的2個(gè)永久固定點(diǎn)，再安裝活動(dòng)固定點(diǎn)；在施工同一工作面時(shí)，以第1塊板為起點(diǎn)，進(jìn)行發(fā)散式的扇形安裝。

3）本工程幕墻外立面GRC掛板超大分格尺寸達(dá)3 100 mm×9 700 mm，且為不規(guī)則形狀，外立面GRC掛板為厚15 mm，單塊超大板塊質(zhì)量將達(dá)到2.5 t。超大GRC板材應(yīng)采取就近建廠，加工成形后利用晚上車流量少的時(shí)間段采用平板拖車運(yùn)輸，在板塊邊緣部位布設(shè)安全警示燈。超大GRC板材采用35 t吊車吊裝，每個(gè)板塊增加6～9個(gè)固定點(diǎn)，這將給安裝工作帶來很大難度，要求每個(gè)固定點(diǎn)必須準(zhǔn)確，且確保板塊吊裝時(shí)不發(fā)生形變。

4 施工工藝流程

4.1 豎明橫隱玻璃幕墻系統(tǒng)施工工藝流程

1）測(cè)量放線：在場(chǎng)內(nèi)布控二級(jí)坐標(biāo)控制點(diǎn)，結(jié)合BIM模型導(dǎo)出數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間點(diǎn)位法和點(diǎn)位平移法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)埋件和主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測(cè)并定位（圖4）。

圖4 測(cè)量放線

2）支座安裝：根據(jù)BIM模型導(dǎo)出每層骨架定位坐標(biāo)，進(jìn)行支座安裝，每個(gè)支座安裝完成后，選取3個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)復(fù)核（圖5）。

圖5 支座安裝

3）立柱安裝：利用點(diǎn)位平移法將控制點(diǎn)移至樓層內(nèi)的測(cè)量定位點(diǎn)，結(jié)合BIM模型導(dǎo)出每根立柱上下兩端坐標(biāo)的定位，在安裝過程中采用全站儀定位每根鋼立柱和BIM模型的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)。采用汽車吊、直臂車和移動(dòng)操作平臺(tái)協(xié)調(diào)配合逐層進(jìn)行安裝（圖6）。

圖6 立柱安裝

4）立柱安裝復(fù)核：根據(jù)模型數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝骨架點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核，采用3D掃描儀進(jìn)行復(fù)測(cè)，并將復(fù)測(cè)結(jié)果導(dǎo)入BIM模型進(jìn)行對(duì)比分析，將不合格的骨架進(jìn)行糾偏整改，然后進(jìn)行滿焊固定（圖7）。

圖7 立柱安裝復(fù)核

5）不銹鋼托碼及鋁合金底座安裝：根據(jù)BIM模型導(dǎo)出每根骨架的托碼定位坐標(biāo)，采用全站儀定位每個(gè)不銹鋼托碼。底座和托碼均采用M6不銹鋼機(jī)械螺栓與鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定（圖8）。

圖8 不銹鋼托碼安裝

6）背襯板安裝：水平層間梁位置采用厚2.5 mm鋁背板，表面氟碳噴涂處理（圖9）。

圖9 背襯板安裝

7）玻璃安裝：項(xiàng)目每塊玻璃重約400 kg，采用1臺(tái)25 t汽車吊、1臺(tái)電動(dòng)吸盤、2臺(tái)38 m（工作高度）直臂車進(jìn)行安裝，每組8人，每天安裝10～12塊（圖10）。

圖10 玻璃安裝

8）打膠：先對(duì)橫向縫隙進(jìn)行清理注膠，然后豎向扣鋁合金扣蓋、打膠。為防止GRC防水層的積水通過裝飾蓋滲漏至室內(nèi)，在安裝裝飾蓋之前必須先對(duì)裝飾蓋橫切面與GRC接觸部分注改性密封膠（圖11）。

圖11 打膠

4.2 GRC幕墻施工工藝流程

1）測(cè)量放線、支座安裝：在23.4 m以下外傾部分每層搭設(shè)3臺(tái)自制移動(dòng)操作平臺(tái)，23.4 m以上采用6 m剪刀車作為操作平臺(tái)將加工好的16#槽鋼支座與主體進(jìn)行連接。每組2人，每組每天可安裝15～20個(gè)轉(zhuǎn)接件支座（圖12）。

圖12 支座安裝

2）龍骨加工、安裝：根據(jù)BIM導(dǎo)出的每根龍骨加工數(shù)據(jù)及牛腿安裝點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行龍骨切割加工，并將牛腿在加工場(chǎng)與骨架焊接成形。采用35 t汽車吊吊至施工部位，在原安裝并滿焊完成后的支座上鋪設(shè)鋼跳板作為操作平臺(tái)，采用38 m直臂車進(jìn)行滿焊及油漆施工（圖13）。

圖13 龍骨安裝

3）防水鐵皮整體吊裝：防水系統(tǒng)采用厚1.5 mm鍍鋅鐵皮，搭接長(zhǎng)度為100 mm。根據(jù)BIM模型數(shù)據(jù)下單后在地面加工，其中最大鐵皮規(guī)格為1.2 m×26 m（寬×長(zhǎng)），在鐵皮上端設(shè)置2個(gè)吊裝孔，用U形卡環(huán)穿透鐵皮起吊。這樣改變了傳統(tǒng)模式的小板塊，在提高安裝效率的同時(shí)也節(jié)約了較大的搭接重復(fù)材料成本。利用35 t汽車吊或塔吊吊裝至安裝部位，采用38 m直臂車和吊籃安裝，每組2人，每組每天可安裝約400 m2，是普通安裝工效的4倍（圖14）。

圖14 防水鐵皮安裝

4）防水卷材鋪貼：采用濕鋪高分子自粘防水卷材，將其鍍鋅鐵皮表面清理干凈，在突出牛腿四周采用300 mm×300 mm卷材十字開口法包牛腿，牛腿處采用不銹鋼抱箍將卷材與牛腿緊密連接并涂刷防水油膏。大面卷材先在地面加工至所需長(zhǎng)度，再使用38 m直臂車直接進(jìn)行鋪貼施工（圖15）。

圖15 防水卷材鋪貼

5）GRC板塊吊裝：對(duì)于大板塊，采用塔吊起吊離地20 m高后，再用塔吊或汽車吊使其90°空中轉(zhuǎn)體。對(duì)于普通板塊，采用汽車吊的大小鉤配合直接起吊并進(jìn)行180°轉(zhuǎn)體吊裝。GRC板塊安裝的垂直流向?yàn)椋汗羌懿扇》謪^(qū)分段從下往上安裝；水平流向?yàn)椋好姘宀捎秒A梯式分區(qū)逐層水平鋪開安裝，屋面掛板采用階梯式由內(nèi)向外逐層分區(qū)成扇形鋪開安裝。

6）GRC板塊修補(bǔ)、表面噴涂及打膠：在安裝過程中，局部會(huì)出現(xiàn)崩邊及破損現(xiàn)象，安裝就位后將由GRC廠家專業(yè)技術(shù)人員至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行跟蹤修補(bǔ)。修補(bǔ)完成后移交至氟碳噴涂班組將其表面打磨平整，板塊邊沿光滑順直，GRC表面選用米白色氟碳漆飾面，外罩一層光觸媒涂料；板塊之間膠縫寬度為18 mm，在打膠作業(yè)前用排筆涂刷硅烷改性密封膠混凝土底涂，待表面干后注硅烷改性密封膠（圖16）。

圖16 表面噴涂及打膠

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合柳州市柳東新區(qū)文化廣場(chǎng)幕墻工程，對(duì)極不規(guī)則的蝴蝶形建筑豎明橫隱玻璃幕墻和GRC幕墻的施工方法做了總結(jié)介紹。

在異形幕墻測(cè)量施工中，充分發(fā)揮BIM技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)三維掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新空間測(cè)量方法形成空間點(diǎn)位法和點(diǎn)位平移法；在大板塊GRC安裝過程中，總結(jié)超大板塊180°空間轉(zhuǎn)體方法；在超大分格雙曲玻璃和GRC面板加工過程中，總結(jié)出異形弧面尺寸檢測(cè)方案，提高板塊加工質(zhì)量和尺寸精度。這些方法和方案在項(xiàng)目中得到很好的應(yīng)用和驗(yàn)證，可為以后類似的不規(guī)則異形建筑外幕墻施工提供借鑒。