幕墻施工技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用

吳若平

廈門高誠信工程技術(shù)有限公司（361001）

1 工程概況

杏林灣營運(yùn)中心12號(hào)樓位于廈門園博苑水域中心地帶，杏林灣路東南側(cè)，與園博苑隔水相望，東北連接廈門大學(xué)城，西南鄰杏林中心城區(qū)?？傆玫孛娣e1.8 萬m2，總建筑面積為15.93 萬m2，地下3層，地上54層，建筑設(shè)計(jì)總高度為262.9m，結(jié)構(gòu)類型:裙樓為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓為現(xiàn)澆圓鋼管混凝土柱—鋼筋混凝土筒體混合結(jié)構(gòu)體系。用途為超高層商業(yè)辦公樓。外立面以現(xiàn)代風(fēng)格為主，以玻璃幕墻作為“外衣”，是一幢從底至頂逐漸收窄的建筑,高聳入云，每層的建筑外沿輪廓都不相同,層層有變化[1]。

圖1 地標(biāo)建筑圖

2 工程特點(diǎn)

1）工期短，體量大，必須合理部署，統(tǒng)籌安排。

2）幕墻收口是相對(duì)于整個(gè)工程的關(guān)鍵部位，必須結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)以及工程現(xiàn)場情況合理部署安排施工。

3）工程質(zhì)量控制要求嚴(yán)格，質(zhì)量控制體系貫穿于全過程，從開始的深化設(shè)計(jì)，至加工廠加工工藝、現(xiàn)場安裝質(zhì)量控制及成品保護(hù)等。

4）現(xiàn)場施工平面狹小，幕墻施工標(biāo)高達(dá)到262 m，施工安全監(jiān)控點(diǎn)多。

3 深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)是本工程的工作重點(diǎn)之一，在深化設(shè)計(jì)過程中涉及到土建預(yù)留、預(yù)埋、室內(nèi)裝飾以及安裝管線避位，室外景觀照明在幕墻上的預(yù)留及走線，涉及到幕墻與整體消防措施的聯(lián)調(diào)聯(lián)試以及擦窗機(jī)布置等。深化設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)本工程的建筑效果，充分領(lǐng)會(huì)業(yè)主及顧問對(duì)幕墻設(shè)計(jì)所要求的理念，掌握本工程幕墻結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)、選定需要采用的施工技術(shù)[2]。

3.1 施工工藝技術(shù)

施工場地狹窄，而且在型鋼混凝土柱組合的架構(gòu)之下，造型較為復(fù)雜，因而，在進(jìn)行施工方案的擬定過程中，應(yīng)進(jìn)行實(shí)地勘察、專家會(huì)審、綜合論證等，要集中專家的意見，依照超高層建筑的特點(diǎn)，將建筑區(qū)域合理進(jìn)行不同區(qū)段的劃分，進(jìn)行施工流程控制和進(jìn)度控制，要根據(jù)主體施工進(jìn)度狀況，劃分為不同的施工段，在玻璃幕墻與主體結(jié)構(gòu)的穿插施工中，進(jìn)行流水作業(yè)的施工流程。

3.2 施工進(jìn)度計(jì)劃要求

依據(jù)項(xiàng)目施工總進(jìn)度計(jì)劃，整體幕墻施工進(jìn)度計(jì)劃，按照工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)置多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。分解整體工期目標(biāo)為若干個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過管控若干個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，最終保證幕墻和工程的整體工期目標(biāo)。

3.3 幕墻施工作業(yè)條件

隨著建筑物高度不斷提升，以往的傳統(tǒng)腳手架逐漸失去其利用價(jià)值，而高空吊籃就是符合高層建筑施工的技術(shù)要求，同時(shí)也可以用于建筑物后期的維護(hù)，所以吊籃作業(yè)將運(yùn)用于未來的高空施工中。

材料運(yùn)輸方式的選擇，尤其是對(duì)主體施工用垂直運(yùn)輸設(shè)備等施工機(jī)械的安放位置要有嚴(yán)格的限制，否則將影響整個(gè)工程的安裝。

通過多方案的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的分析與比較，最后確定本項(xiàng)目幕墻工程形式上采用構(gòu)件式與單元式相結(jié)合，即1-15層為構(gòu)件式幕墻，15層以上為單元式幕墻。塔樓幕墻方式上采用單元式玻璃幕墻與金屬框架式幕墻相結(jié)合。

樓層采用大分格的玻璃幕墻，層間采用凹槽金屬鋁板幕墻的做法，作為上下樓層的層間錯(cuò)層過渡。塔樓每層由約120塊單元板塊及約240塊層間鋁單板組成。以各個(gè)板塊為基本單元，直接支撐在主體結(jié)構(gòu)上，由單元板塊組合起來構(gòu)成幕墻結(jié)構(gòu)體系；相鄰板塊的豎框相互插接，相互插接的豎框和橫框組成網(wǎng)格梁系，插接部位用彈性密封材料封閉并可相對(duì)位移形成補(bǔ)償效應(yīng)。

本建筑的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，外沿輪廓層層遞縮。在每個(gè)單元板塊上部掛點(diǎn)位置設(shè)計(jì)了鋼挑梁結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅增加了了室內(nèi)空間的使用面積，而且作為主體結(jié)構(gòu)的延伸，為單元體、金屬鋁板的安裝提供了結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)。

4 施工段劃分

根據(jù)工程的特點(diǎn)以及項(xiàng)目整體的進(jìn)度安排，綜合考慮幕墻系統(tǒng)形式、材料運(yùn)輸距離以及運(yùn)輸路線。在保證場內(nèi)材料運(yùn)輸通暢和滿足施工對(duì)材料要求的前提下，根據(jù)施工部署，對(duì)施工現(xiàn)場大型施工機(jī)械、材料堆場以及材料加工車間等進(jìn)行科學(xué)合理布置，最大限度的減少場內(nèi)運(yùn)輸，特別是減少場內(nèi)二次搬運(yùn)。結(jié)合主體建筑避難層為基點(diǎn)劃分施工段，避難層層高為5.7m便于架設(shè)硬防護(hù)隔離帶。本工程設(shè)計(jì)在16、27、42層分別設(shè)置避難層。由下而上施工段劃分為五個(gè)區(qū)。

4.1 施工一區(qū)安裝

施工一區(qū)為裙樓的2F-6F。裙樓幕墻形式為構(gòu)件式，現(xiàn)場安裝工程量較大，考慮裙樓層間收縮較大，結(jié)構(gòu)變化較多，結(jié)構(gòu)邊沒有垂直面，所以現(xiàn)場施工時(shí)將在此區(qū)域搭設(shè)腳手架。在7層位置將設(shè)置硬防護(hù)隔離帶。

4.2 施工二區(qū)安裝

施工二區(qū)為塔樓的7F-15F，二區(qū)為構(gòu)件式幕墻。

二區(qū)東西面樓層板錯(cuò)位較平緩在施工階段將采用吊籃進(jìn)行施工，將在主體15層架設(shè)吊籃配合內(nèi)部的移動(dòng)平臺(tái)完成龍骨及飾面材料的安裝。如圖2所示。

圖2 7-16層幕墻外邊沿線輪廓圖

二區(qū)南北面樓層板錯(cuò)位較大如采用吊籃將無法進(jìn)行施工，施工階段將在此部位搭設(shè)腳手架，架體總高度為45.3m，將由分段搭設(shè)形成。

4.3 施工三區(qū)及以上部分安裝

從16層開始幕墻采用單元體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場安裝時(shí)將使用雙軌吊系統(tǒng)，吊裝單元體，軌道吊籃打膠。分別在27層、42層、54層位置將設(shè)置硬防護(hù)隔離帶，26層、41層、53層設(shè)置雙軌吊系統(tǒng)，54層-屋頂施工時(shí)將雙軌吊系統(tǒng)移至屋頂層[3]。

5 幕墻施工工藝技術(shù)

5.1 雙軌吊的設(shè)計(jì)

考慮到幕墻完成面跟隨結(jié)構(gòu)層層遞縮的形式特點(diǎn)及層間凹槽位置的鋁板安裝，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的電腦模擬和現(xiàn)場勘查，最終確認(rèn)采用雙軌吊是最合理的方式。雙軌吊的內(nèi)軌安裝2T卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行板塊吊裝，外軌安裝4m吊籃配合層間鋁板安裝打膠及單元板塊外裝飾線條安裝。

軌道均采用HN200mm×100mm的H型鋼，其特點(diǎn)是與卷揚(yáng)機(jī)滑輪及吊籃滑輪的接觸面更加可靠穩(wěn)定。

考慮到262m的建筑高度，為節(jié)省施工工期，幕墻安裝將與主體結(jié)構(gòu)穿插施工。因此，軌道將分別布置在26層，41層和頂層，軌道將在25層單元板塊完成安裝后進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)移。故在設(shè)計(jì)軌道過程時(shí)考慮到材料的重復(fù)利用。統(tǒng)一將軌道節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為螺栓連接，現(xiàn)場安裝時(shí)只需拼接。這一設(shè)計(jì)可將現(xiàn)場的H型鋼充分多次利用。

5.2 幕墻鋼挑梁的施工方法

層層遞縮的結(jié)構(gòu)邊緣線，不一致的層高分布，致使本工程幕墻的鋼挑梁施工從加工焊接質(zhì)量到安裝過程質(zhì)量的控制，難度非常大。單純采用腳手架施工的方案存在諸多弊端，已不能滿足項(xiàng)目施工的需要。因此為解決多項(xiàng)制約條件，設(shè)計(jì)了一款可升降移動(dòng)操作平臺(tái)，解決了該分項(xiàng)施工難點(diǎn)。

圖3 雙軌吊示意圖

1）鋼挑梁的加工焊接質(zhì)量控制采用統(tǒng)一加工，統(tǒng)一驗(yàn)收?，F(xiàn)場統(tǒng)一協(xié)調(diào)劃定挑梁焊接加工區(qū)域，項(xiàng)目部技術(shù)人員進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底，由經(jīng)驗(yàn)豐富的班組制作樣板。樣板經(jīng)驗(yàn)收合格后，組織施工人員按照施工組織設(shè)計(jì)的施工順序進(jìn)行統(tǒng)一加工。加工完成后進(jìn)行統(tǒng)一驗(yàn)收，合格后再進(jìn)行下一道工序施工。

2）鋼挑梁安裝施工及質(zhì)量驗(yàn)收，采用可升降式移動(dòng)操作平臺(tái)（如圖4所示）。鋼挑梁安裝結(jié)束，再由總包單位、監(jiān)理單位的專項(xiàng)質(zhì)檢員進(jìn)行統(tǒng)一驗(yàn)收。

圖4 可升降式移動(dòng)操作平臺(tái)

3）層間凹槽鋁單板安裝。層間凹槽位鋁板幕墻的安裝也是本工程的難點(diǎn)，每個(gè)樓層間均有內(nèi)凹深不少于700mm,高為300mm的鋁板幕墻。由于空間小、進(jìn)深大，且層高較大，安裝難度極大。從深化設(shè)計(jì)階段入手，對(duì)凹槽位置的建筑特點(diǎn)進(jìn)行分析,經(jīng)研究討論后，統(tǒng)一思路，盡量減少室外安裝的工作量。通過設(shè)計(jì)方案上的優(yōu)化，將凹槽位置分成上下兩塊鋁板。上檐鋁板可在單元板塊安裝完成后，利用移動(dòng)平臺(tái)從室內(nèi)安裝并打膠，大大減低了操作的安全隱患。但由于條件的限制，下部鋁板安裝依然需要在室外進(jìn)行。

4）頂部單元板塊安裝。頂部單元板塊安裝塔樓屋頂部分從標(biāo)高240.900～261.900m單元板塊，因無樓層板結(jié)構(gòu)，單元板塊無法堆放，如堆放于屋面處，則單元板塊安裝過程中無法從屋頂內(nèi)側(cè)越過外層鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝，該部位的單元板塊安裝是本工程的難點(diǎn)。根據(jù)本屋頂部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該部位的單軌吊將通過增設(shè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行架設(shè)，如圖5、圖6所示。架設(shè)的架體附著的單軌吊必須能滿足54F至屋頂?shù)膯卧鍓K安裝要求。屋頂部位的單元板塊安裝步驟如下:1）在屋頂鋼結(jié)構(gòu)上增設(shè)單軌吊架體，該架體需通過結(jié)構(gòu)計(jì)算滿足單元板塊吊裝時(shí)的受力要求，以及單元板塊安裝尺寸要求。增設(shè)架體構(gòu)造如下，架體的間距為2.0m；增設(shè)架體示意圖6；2）在54-屋頂層外邊鋼梁內(nèi)側(cè)搭設(shè)腳手架架至屋頂，作為操作位置；3）通過施工電梯將54F以上屋面單元板塊，運(yùn)送至54F樓層內(nèi)；4）屋頂單元板塊安裝時(shí)，需要與54F層的單元板塊安裝同步，如果將54F全部安裝完成后，則屋面的單元板塊無法從室內(nèi)移出，因此54F至屋頂層安裝需要遵循一定的原則進(jìn)行安裝。

圖5 屋頂鋼結(jié)構(gòu)上增設(shè)的單軌吊架體

圖6 增設(shè)架體示意圖

6 結(jié)語

該項(xiàng)目幕墻施工作業(yè)按照文章闡述的方式進(jìn)行，達(dá)到了良好的施工效果,施工工期與施工質(zhì)量也得到有效的控制。隨著我國超高層建筑越來越多,單元式幕墻已經(jīng)成為超高層幕墻的主流形式。其施工難度根據(jù)建筑形式的不同而不同。杏林灣營運(yùn)中心12號(hào)樓的幕墻施工，通過合理的施工組織設(shè)計(jì),保證了此特殊結(jié)構(gòu)形式的幕墻施工得以安全、有序、高效地順利進(jìn)行。

綜上所述，由于我國幕墻施工技術(shù)起步較晚，仍存在部分施工標(biāo)準(zhǔn)不完善，施工管制力度不足，制約著幕墻施工的運(yùn)用，這就需要相關(guān)建筑企業(yè)加強(qiáng)對(duì)玻璃幕墻材料的合理監(jiān)控，對(duì)施工過程的合理把關(guān)，對(duì)施工現(xiàn)場的安全監(jiān)管，對(duì)施工結(jié)果的科學(xué)驗(yàn)收并檢測其完成度，從而提升現(xiàn)代高層建筑的質(zhì)量和功能性，為我國建筑行業(yè)發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。