蝴蝶形建筑空间异形幕墙施工技术

唐 安 廖 勇

中建不二幕墙装饰有限公司 湖南 长沙 410007

随着我国建筑施工水平的快速提升，各种异形标志性建筑蓬勃发展，极不规则的异形外立面幕墙越来越多，造型越来越新颖，各种极不规则的空间异形曲面造型对幕墙的施工提出了更高要求[1-2]。

本文结合蝴蝶形建筑空间异形幕墙的下料、加工和安装施工案例，总结出一套操作性极强的幕墙施工方法，供类似异形幕墙项目借鉴。

1 工程概况

广西柳州市柳东新区文化广场项目北邻纬九路，南邻龙湖，西邻新儒路，建设用地东西向约400 m，南北向约190 m。整个工程地上结构分为A区（A1科技馆、A2青少年宫）、B区（B1群艺馆、B2文化配套中心）、C区（拱廊），地下设有2层连通的地下室。整个外立面呈蝴蝶形状（图1）。

图1 项目鸟瞰图

本工程采用了GRC（玻璃纤维增强混凝土）、GRG（玻璃纤维增强石膏板）以及大板块双曲全钢化3层玻璃[10＋2.28PVB＋10（LOW-E）＋12A＋12]等新工艺、新材料。玻璃幕墙主要位于1～3层位置，GRC幕墙主要位于4层以上及屋面位置。玻璃板块大部分面积为5 m2左右，每块质量约400 kg，玻璃最大板块为8 m2，质量为640 kg，最大板块位于C区。GRC板块大部分面积为15 m2，每块质量约为900 kg，最大板块为30 m2，质量为1 800 kg。

2 工程重难点

2.1 以BIM技术应用为核心的幕墙深化设计

工程设计造型复杂，表皮模型无规律、变化大。幕墙结构防水穿透点多，对防水保温体系设计要求高。应用BIM技术进行幕墙系统空间碰撞检查、幕墙与结构表皮碰撞检测，通过碰撞检测结果，找出问题指导设计深化工作，细化每一处节点做法指导现场施工。

2.2 幕墙板块空间三维放线定位

外立面及屋面均为极不规则形状，立面板块有不规则双曲结构，测量放线系空间定位，对测量精度和准确度要求高，测量工作难度大。主体钢结构在卸载完成后所产生的沉降无法精准预计，必须采用扫描仪对主体钢结构进行三维扫描，将现场实际控制点坐标反馈至模型中，进行逆向建模。在安装过程中对辅助钢结构、二次钢结构、GRC转接件、GRC面板、玻璃面板等都要进行三维定位放线、安装跟踪测量。

2.3 超大异形玻璃和GRC面板加工质量控制

外立面玻璃均为曲面玻璃，且为3层结构，玻璃边角与不锈钢托码之间的间距只有12 mm，玻璃板块稍有偏差就有可能装不上。GRC板块面积平均为15 m2，板块间的胶缝宽度只有16 mm，且板块为异形，加工尺寸必须与模型保持一致，偏差容许小，加工质量要求高。

2.4 超大异形玻璃及GRC板块精准安装

超大异形曲面玻璃和GRC面板，每块只有按空间理论位置精准安装就位才能保证建筑外形和建筑效果。运用二维编码与板块识别技术，对每块面板进行编码，防止安装错误造成误差。

采用三维空间坐标定位法，对每一个支撑点进行尺寸精度控制，同时设定尺寸控制单元和观测点，防止误差积累，对整体圆弧面进行几何尺寸控制。每一个尺寸控制单元的水平和竖向误差控制在±3 mm以内，对角线误差控制在±5 mm以内。

3 工程幕墙特点

3.1 竖明横隐玻璃幕墙系统

1）竖明横隐玻璃幕墙主要位于1～4层外倾部分（图2），该系统竖向采用钢龙骨加明框铝合金装饰盖板，横向设置特制不锈钢玻璃托板，采用无横梁结构体系适应不规则立面变化。可视区域面板为10＋2.28PVB＋10（LOW-E）＋12A＋12超白夹胶中空钢化玻璃。

图2 玻璃幕墙和GRC幕墙分布

2）竖明横隐玻璃幕墙采用型钢龙骨，外露部分表面进行氟碳喷涂处理。钢立柱无法通过横梁辅助调整自身弯曲度，必须在加工厂校直并喷完底涂后才能安装上墙，另在满焊过程中严格注意满焊次序，避免在焊接过程中发生钢材弯曲现象。

3）竖明横隐玻璃幕墙每块玻璃的规格尺寸不同，其中不同规格的玻璃数量达3 500个，玻璃本身板块大、质量重，不宜多次转运，因此从材料下单到厂家生产，再到到货，每个环节都必须严格把控，并根据现场施工流向排产到货。

4）竖明横隐玻璃幕墙大部分为外倾位置，在安装玻璃板块时无法按正常框架式玻璃幕墙安装，因此项目采取了自制夹具将周边相邻玻璃进行固定后再按传统方式进行安装的方法，有利于后期破片修补和安全保证。

3.2 GRC幕墙系统

GRC幕墙主要位于4层以上位置，系统骨架采用100 mm×200 mm×6 mm型钢龙骨＋防水保温系统，室外采用厚15 mm米白色氟碳漆饰面GRC面板，室内采用10 mm厚GRG面板（图3）。

图3 GRC幕墙结构构造

3.2.1 GRC面板吊装特点

1）GRC面板在地面起吊后，通过手拉葫芦，将其大致调整到与屋面的曲线、坡度倾斜角度相近后，将手拉葫芦的手链进行绑扎，防止在起吊过程中出现滑链等危险情况。在地面和安装位置，必须由专业的起重指挥工指挥吊装，指挥信号应标准、清晰、明确。吊装GRC板所使用的手拉葫芦起重量为2 t。

2）在GRC面板吊运到安装位置后，将GRC板块的限位固定点圆管放入连接牛腿的限位U形槽内，然后进行临时就位固定，全程采用经纬仪测量板面4个点位的坐标，利用手拉葫芦、紧线器等微调工具就位安装，通过转接件的双向调节长形孔调节好板面“三度”后，拧紧3个固定点的转接件固定螺栓。固定时，必须保证板块的稳固性，防止板件坠落。

3）GRC面板安装就位、校正完成后，应及时固定，防止施工过程中因大风、碰撞等而发生坠落。

4）GRC面板安装时，由于下层防水层与GRC板安装间隙距离较小，故要做好对防水层的成品保护，避免人为碰撞损伤防水层。

5）GRC面板安装定位前，首先进行GRC支座（转接件）的安装与精确定位，这是保证GRC板安装就位后精确调整的前提。

3.2.2 GRC面板安装顺序

1）本工程的GRC通用板块的尺寸为3 m×5 m，有4个固定点，其中2个为永久固定点，另外2个为活动固定点，此设计方式是为了保证板在安装后，可以对板进行精度调整，保证GRC板整体安装完成后的顺滑、平整，同时考虑施工完成后的检修工作。

2）GRC板的上表面与下部防水层之间的间隙约200 mm，施工人员很难进行内部操作，因此GRC板安装有严格的顺序要求。GRC板在加工厂加工时必须按照施工方案图排定的区块顺序进行加工，安装时要按事先排定顺序依次安装，否则会导致板的支撑点无法安装到位。GRC板安装原则为：先安装一块板的2个永久固定点，再安装活动固定点；在施工同一工作面时，以第1块板为起点，进行发散式的扇形安装。

3）本工程幕墙外立面GRC挂板超大分格尺寸达3 100 mm×9 700 mm，且为不规则形状，外立面GRC挂板为厚15 mm，单块超大板块质量将达到2.5 t。超大GRC板材应采取就近建厂，加工成形后利用晚上车流量少的时间段采用平板拖车运输，在板块边缘部位布设安全警示灯。超大GRC板材采用35 t吊车吊装，每个板块增加6～9个固定点，这将给安装工作带来很大难度，要求每个固定点必须准确，且确保板块吊装时不发生形变。

4 施工工艺流程

4.1 竖明横隐玻璃幕墙系统施工工艺流程

1）测量放线：在场内布控二级坐标控制点，结合BIM模型导出数据，运用空间点位法和点位平移法对现场埋件和主体结构进行复测并定位（图4）。

图4 测量放线

2）支座安装：根据BIM模型导出每层骨架定位坐标，进行支座安装，每个支座安装完成后，选取3个特征点进行坐标复核（图5）。

图5 支座安装

3）立柱安装：利用点位平移法将控制点移至楼层内的测量定位点，结合BIM模型导出每根立柱上下两端坐标的定位，在安装过程中采用全站仪定位每根钢立柱和BIM模型的对应坐标点。采用汽车吊、直臂车和移动操作平台协调配合逐层进行安装（图6）。

图6 立柱安装

4）立柱安装复核：根据模型数据对现场安装骨架点位进行复核，采用3D扫描仪进行复测，并将复测结果导入BIM模型进行对比分析，将不合格的骨架进行纠偏整改，然后进行满焊固定（图7）。

图7 立柱安装复核

5）不锈钢托码及铝合金底座安装：根据BIM模型导出每根骨架的托码定位坐标，采用全站仪定位每个不锈钢托码。底座和托码均采用M6不锈钢机械螺栓与钢结构进行固定（图8）。

图8 不锈钢托码安装

6）背衬板安装：水平层间梁位置采用厚2.5 mm铝背板，表面氟碳喷涂处理（图9）。

图9 背衬板安装

7）玻璃安装：项目每块玻璃重约400 kg，采用1台25 t汽车吊、1台电动吸盘、2台38 m（工作高度）直臂车进行安装，每组8人，每天安装10～12块（图10）。

图10 玻璃安装

8）打胶：先对横向缝隙进行清理注胶，然后竖向扣铝合金扣盖、打胶。为防止GRC防水层的积水通过装饰盖渗漏至室内，在安装装饰盖之前必须先对装饰盖横切面与GRC接触部分注改性密封胶（图11）。

图11 打胶

4.2 GRC幕墙施工工艺流程

1）测量放线、支座安装：在23.4 m以下外倾部分每层搭设3台自制移动操作平台，23.4 m以上采用6 m剪刀车作为操作平台将加工好的16#槽钢支座与主体进行连接。每组2人，每组每天可安装15～20个转接件支座（图12）。

图12 支座安装

2）龙骨加工、安装：根据BIM导出的每根龙骨加工数据及牛腿安装点位数据进行龙骨切割加工，并将牛腿在加工场与骨架焊接成形。采用35 t汽车吊吊至施工部位，在原安装并满焊完成后的支座上铺设钢跳板作为操作平台，采用38 m直臂车进行满焊及油漆施工（图13）。

图13 龙骨安装

3）防水铁皮整体吊装：防水系统采用厚1.5 mm镀锌铁皮，搭接长度为100 mm。根据BIM模型数据下单后在地面加工，其中最大铁皮规格为1.2 m×26 m（宽×长），在铁皮上端设置2个吊装孔，用U形卡环穿透铁皮起吊。这样改变了传统模式的小板块，在提高安装效率的同时也节约了较大的搭接重复材料成本。利用35 t汽车吊或塔吊吊装至安装部位，采用38 m直臂车和吊篮安装，每组2人，每组每天可安装约400 m2，是普通安装工效的4倍（图14）。

图14 防水铁皮安装

4）防水卷材铺贴：采用湿铺高分子自粘防水卷材，将其镀锌铁皮表面清理干净，在突出牛腿四周采用300 mm×300 mm卷材十字开口法包牛腿，牛腿处采用不锈钢抱箍将卷材与牛腿紧密连接并涂刷防水油膏。大面卷材先在地面加工至所需长度，再使用38 m直臂车直接进行铺贴施工（图15）。

图15 防水卷材铺贴

5）GRC板块吊装：对于大板块，采用塔吊起吊离地20 m高后，再用塔吊或汽车吊使其90°空中转体。对于普通板块，采用汽车吊的大小钩配合直接起吊并进行180°转体吊装。GRC板块安装的垂直流向为：骨架采取分区分段从下往上安装；水平流向为：面板采用阶梯式分区逐层水平铺开安装，屋面挂板采用阶梯式由内向外逐层分区成扇形铺开安装。

6）GRC板块修补、表面喷涂及打胶：在安装过程中，局部会出现崩边及破损现象，安装就位后将由GRC厂家专业技术人员至现场进行跟踪修补。修补完成后移交至氟碳喷涂班组将其表面打磨平整，板块边沿光滑顺直，GRC表面选用米白色氟碳漆饰面，外罩一层光触媒涂料；板块之间胶缝宽度为18 mm，在打胶作业前用排笔涂刷硅烷改性密封胶混凝土底涂，待表面干后注硅烷改性密封胶（图16）。

图16 表面喷涂及打胶

5 结语

本文结合柳州市柳东新区文化广场幕墙工程，对极不规则的蝴蝶形建筑竖明横隐玻璃幕墙和GRC幕墙的施工方法做了总结介绍。

在异形幕墙测量施工中，充分发挥BIM技术和现场三维扫描技术的优势，创新空间测量方法形成空间点位法和点位平移法；在大板块GRC安装过程中，总结超大板块180°空间转体方法；在超大分格双曲玻璃和GRC面板加工过程中，总结出异形弧面尺寸检测方案，提高板块加工质量和尺寸精度。这些方法和方案在项目中得到很好的应用和验证，可为以后类似的不规则异形建筑外幕墙施工提供借鉴。