异型展示馆幕墙施工技术分析

赵世友[上海城投资产管理(集团)有限公司，上海 200438]

在城市现代化建设中，不断出现外观新颖、形式复杂的公共建筑形态，尤其是各类展示馆外立面形式不断推陈出新。幕墙工程广泛应用于大型公共建筑外装饰工程中，不断标新立异的公共建筑外立面形式为幕墙工程设计与施工都带来了新的挑战，也给幕墙工程施工过程带来了一定的困难和风险。

1 工程概况

该规划展示楼工程位于某市江海产业园区内，占地面积 23 000.00 m2，总建筑面积 11 279.19 m2，建筑为地下 1 层，地上 3 层（局部 4 层），总高度 23.430 m，其中幕墙面积约 8 200.00 m2。该工程主体结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构，局部为钢结构。该规划展示楼幕墙工程实行设计与施工一体化方案，幕墙深化设计及审图工期 60 d，幕墙施工工期 90 d。

2 幕墙体系的选择

该规划展示楼作为一个多功能的建筑，其幕墙系统的安全性、经济性、合理性和外立面的庄重、沉稳及美观是至关重要的。在幕墙深化设计过程中，通过对建筑图纸和参考效果图的研究推敲，坚持安全可靠、造型美观、环保节能、抗震减灾、结构轻巧、维修方便等原则，针对该建筑体型较为特别、线条丰富、层次感个性化程度高、有三维角度倾斜的实际情况，选择了竖明横隐半隐框玻璃幕墙系统。结构体系选择如下。

(1) 1 层外立面幕墙宽度分格为 2 460.000 mm，2～3 层幕墙宽度分格为 1 500.000 mm，以三维形式倾斜。

(2) 立柱采用 180.000 mm×80.000 mm 的铝型材，横梁采用 80.000 mm×90.000 mm 的铝型材，玻璃采用 6＋12 A（氩气）＋6 中空 Low-E 钢化玻璃，外片 6.000 mm Low-E 钢化玻璃，Low-E 层位于第 2 面，中间 12.000 mm 的空气层充氩气，内片采用 6.000 mm 钢化玻璃。

(3) 层间采用 1.500 mm 厚镀锌钢板，上放 100.000 mm 厚防火岩棉，防火高度 ＞800.000 mm，顶部 1.500 mm 厚的防烟板，满足建筑的防火要求。

(4) 立柱采用双支点的连接固定方式，上支点固定，下支点滑移，满足层间变位要求，同时提高幕墙的抗震性能，满足材料受拉不受压的特性。

3 异型幕墙施工技术难点分析

该展示馆外立面新颖独特，外形多变不规则，给幕墙施工增添了很大的困难。具体难点如下。

(1) 水平剖面外形为椭圆造型，整体外墙控制点难于精确定位。

(2) 幕墙外立面由下而上为外倾造型，越向上越外张，定位控制和安装施工难度大。

(3) 玻璃幕墙共有 972 个单元，每个单元均为非标双曲面板，意味着每个单元都不同，为玻璃幕墙加工以及安装带来非常大的困难。

(4) 石材幕墙和玻璃幕墙相间，分别占比 42.000% 和 40.000%，且石材幕墙突出玻璃幕墙平面，石材造型尺寸较大，石材幕墙龙骨与玻璃幕墙龙骨衔接成为施工难点之一。

(5) 幕墙施工期正处于雨季，项目位于沿海区域，风天较多，施工环境比较恶劣，使异形幕墙安装难度增大。

4 施工过程控制

依据 JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》等相关技术规范，对外倾玻璃幕墙系统、石材造型幕墙系统等构件进行计算复核，确保符合设计要求，然后进行构件加工，组织安装施工，控制施工质量，保证施工进度。

4.1 幕墙系统计算校核

4.1.1 外倾玻璃幕墙系统校核

(1) 玻璃面板校核。经计算选取 6.000 mm＋1.2 A＋6.000 mm 中空钢化玻璃，玻璃尺寸 1 426.000 mm×2 093.000 mm，玻璃面板计算简化模型为 4 边支撑，校核如下。

① 荷载计算：

面板和构件平均重量 Gk＝0.307 kN/m2；

基本风压 ω0=0.500 kN/m2（50 年一遇，高度 24 m）；

风载（负风压） ω=1.952 kN/m2；

水平地震影响系数 αmax=0.04；

分布水平地震作用标准值 qEk=0.061 kN/m2；

面板与水平线夹角 α=81º；

荷载组合标准值 qk=1.0 Gkcosα+1.0 ω ＋0.5 qEksinα=2.030 kN/m2；

荷载组合设计值 q=1.2×1.0 Gkcosα＋1.4×1.0 ω ＋1.3×0.5 qEksinα=2.830 kN/m2。

② 玻璃强度计算：

玻璃所受荷载组合设计值 q=2.830 kN/m2；

玻璃弹性模量 E=72 000.000 N/mm2；

经计算玻璃最大应力：σwo=32.758 N/mm2，σwi=30.275 N/mm2；

玻璃允许应力：fg=84.000 N/mm2，玻璃的强度满足规范和设计要求。

③ 玻璃挠度计算：

玻璃泊松比 ν =0.2；

经计算中空玻璃的等效厚度 te=7.182 mm；

挠度最大值 df=22.616mm；挠度允许值 dflim=23.767 mm，玻璃的挠度满足规范和设计要求。

(2) 横梁校核。横梁采用 6063-T 5 铝合金型材，横梁跨度 2 093.000 mm, 该铝合金型材截面特征参数见表 1。

表1 6063-T 5 铝合金型材截面特征参数

① 荷载计算：

集中荷载标准值 Fgk=0.590 kN； 集中荷载设计值 Fg=0.710 kN； 水平线夹角 α=81º；

风载（负风压）ω=1.952 kN/m2； 面板和构件平均平米重量 GK=0.500 kN/m2；

水平地震影响系数最大值 αmax=0.04； 分布水平地震作用标准值 qEk=0.100 kN/m2；

荷载组合标准值 qk=1.0 Gkcosα+1.0ω+0.5 qEksinα=2.080 kN/m2；

荷载组合设计值 q=1.2×1.0 Gkcosα＋1.4×1.0 ω ＋1.3×0.5 qEksinα=2.890 kN/m2；

横梁受限荷载最大标准值 qkl=2.080 kN/m2×1.426 m÷2=1.483 kN/m；

横梁受限荷载最大设计值 ql=2.890 kN/m2×1.426 m÷2=2.070 kN/m。

② 横梁强度计算：横梁受力简图见图 1，横梁弯矩图见图 2。横梁在荷载作用下的弯矩以及正应力数据见表 2。横梁在组合荷载作用下的支座反力见表 3 。

图1 横梁受力简图

图2 横梁弯矩图

表2 横梁在荷载作用下的弯矩以及正应力数据

表3 横梁在组合荷载作用下的支座反力

③ 横梁的刚度计算：横梁在荷载作用下的挠度见图 3。横梁在荷载作用下的挠度数据见表 4。

图3 横梁挠度图

表4 横梁在组合荷载作用下的支座反力

④ 横梁的抗剪强度计算：横梁在荷载作用下的剪力见图 4。横梁在荷载作用下的剪力以及剪应力数据见表 5。

图4 横梁剪力图

表5 横梁在荷载作用下的剪力以及剪应力

⑤ 横梁的各种强度校核：

校核依据 Umax≤L/1 8 0，且满足重力作用下 Ugmax≤L/500, Ugmax≤3.000 mm。

横梁在各种荷载组合作用下的强度校核见表 6。

表6 横梁在各种荷载组合作用下的强度校核

经校核，横梁正应力强度满足要求，横梁抗剪强度满足要求，横梁挠度满足要求。

4.1.2 石材造型幕墙系统校核

计算校核过程略，各项校核计算结果均满足要求。

4.2 质量控制

4.2.1 测量控制

由于建筑外形的不规则，幕墙测量放线定位控制难度大、要求精度高。

(1) 首先与土建施工、钢结构安装单位协调，明确主体结构的测量基准。幕墙分格轴线的测量放线与主体结构配合，对误差进行控制、分配、消化，不使其积累。

(2) 放线时应多次进行校正，确保其准确性。按幕墙分格尺寸线放线，在预埋件曲梁上画出幕墙分格轴线的十字中心线。测量放线应在风力 ≤4 级的情况下进行，每天定时进行二次校核，以确保测量放线的准确性。

(3) 利用高精度全站仪测距，最大测距 300.000 m 时，测距误差为 Ms=1+1×0.3=1.300 mm，测角误差为 Ms=300×1 000×1/206 265=1.450 mm，合成误差为Mp=±1.950 mm，连接件连接点中心水平距离误差控制在 ±1.000 mm 内，确保测控精度。

(4) 幕墙控制线确定后，找一处具有代表性位置进行幕墙试装，既验证测量放线的精度，又检验各工种间的协调程度。

4.2.2 构件加工

(1) 加工精度：由于异形曲面幕墙安装难度和精度的要求，构件加工精度进行高标准控制。构件加工制作控制尺寸偏差见表 7。

表7 构件加工制作控制尺寸偏差

(2) 玻璃加工：幕墙为曲面，幕墙单元为双曲面玻璃，原玻璃加工方案是根据玻璃幕墙单元尺寸通过热弯工艺定型加工双曲面玻璃，由于无法满足设计要求，改用冷弯工艺。 因此考虑到玻璃单元加工调整技术要求，采用超白平面玻璃，严格控制 Fe2O3质量分数 ＜0.015%。

(3) 石材加工：经过计算和实样验证，石材最终选用大理石材铝蜂窝板，规格为 5.000 mm＋25.000 mm，该石材既解决了外观效果，又减轻荷载，更方便加工和施工，一举多得。

4.2.3 幕墙安装

(1) 预埋件的检查及偏差处理。根据埋件施工图埋件分布的情况，对埋件以轴线为基准进行编号，记录《埋件检查表》，发现埋件超过偏差要求，采用与预埋件等厚度、同材质的钢板进行补板。锚板埋件补埋一端采用焊接方式连接，另一端采用化学螺栓固定。为保证转接件安装精度，除控制前后左右尺寸，还要控制每个转接件标高，控制精度偏差为±10.000 mm。

(2) 幕墙龙骨系统。该工程打破了常规模式，设计了一套玻璃托板系统，此系统与立柱连接作用，将玻璃面材自重作用直接传递到立柱，优化了横梁的受力体系，减小横梁的挠度，增加结构的安全性，实现了玻璃幕墙大宽度分格，保证立面的效果（图 5）。横梁采用隔热式铝型材，用闭口腔系统连接，立柱采用三维可调式连接，能较好地适应建筑的结构，保证了幕墙的曲面性。

图5 龙骨系统横剖节点

(3) 冷弯玻璃工艺。该幕墙玻璃单元为双曲面玻璃，采用热弯工艺加工，无法达到精度要求，而且现场试装过程中，发现玻璃自爆率非常高，＞1.000%。根据工程实际，调整方案，邀请专家论证，采用超白平板玻璃，通过冷弯工艺技术完成双曲面玻璃的成形并完成单元幕墙安装，对弯曲度进行精度控制，弓形时不超过0.500%，波形时不超过 0.300%。冷弯工艺既实现了曲面幕墙的完美效果，又将自爆率降至 0.100% 以下。

4.3 幕墙性能测试

本工程幕墙气密性能等级为 3 级，水密性能等级为 4 级，抗风压性能等级为 5 级，平面内变形性能等级为 2 级。通过专业检测机构对幕墙进行四性检测，四性能均满足规范和设计要求。同时对幕墙的隔声性能、保温性能、耐撞击性能进行测试，有效隔声量大于 32 dB，隔声性能等级为 2 级，可承受 250 N·m/s 的冲量，耐撞击性能达到 2 级，保温性能 K 值满足 5 级要求。

5 结 语

由于优化设计，采用玻璃冷弯工艺和玻璃托板系统，选用石材铝蜂窝板等措施，为工程节省造价 8.000% 以上，而且缩短了工期，降低了在不利气候条件下施工的风险，经济效益显著。针对双曲面幕墙加工和安装的难度，大家在材料选用、结构形式、构件加工、安装方式等进行了较多的探究。本工程的成功实施，为同类曲面幕墙施工探索积累了一定的经验。