超高层建筑单元式幕墙多段同步施工技术*

2022-08-02刘祖龙

施工技术(中英文) 2022年12期

田伟，刘祖龙

(1.上海中建海外发展有限公司，上海 200125； 2.中国建筑股份有限公司埃及分公司，埃及开罗 11835)

0 引言

幕墙系统具有自重小、抗震性能好、可再生循环利用等优点，符合建筑可持续发展的理念[1]，因此，幕墙系统已成为超高层建筑外墙围护系统的主流选择。

当前，设计标准化、构件预制化、加工工业化、施工机械化的建造方式逐渐成为共识[2]。单元式玻璃幕墙的所有构件都在工厂加工组装完成，其工业化程度在所有幕墙类型中最高。单元式玻璃幕墙已成为超高层建筑幕墙的主要形式，绝大多数超高层建筑幕墙都采用单元式幕墙体系[3]。单元式幕墙由独立的单元板块组合而成，每个单元板块内部所有组件安装及组件间接缝的密封均在工厂加工组装完成，并按安装顺序运往工地进行吊装。通常幕墙单元板块高度为一个楼层高，单元板块间采用公母插接的连接形式，单元板块的左右竖框、上下横框都是和相邻单元板块插接连接。单元式幕墙的安装可与主体结构施工同步进行。

本文从超高层建筑单元式幕墙的特点出发，以超高层建筑单元式幕墙分段同步安装技术为研究对象，分析其技术原理、关键节点、工艺流程和安装要点，并结合工程案例对超高层建筑单元式幕墙多段同步施工技术和工程应用进行探讨。

1 单元式幕墙特点

1)气密性能、水密性能好单元式幕墙采用雨幕原理进行设计[4]，在气密线与水密线间设置等压腔，并进行构造排水设计，合理组织排水，因此单元式幕墙气密性、水密性良好。

2)变形能力强、抗震性能好[5]单元板块间以插接方式连接，单元板块接缝间留有空隙，幕墙单元板块在平面内变形能力强，抗震性能良好。

3)加工精度高、质量可靠单元板块在工厂内加工组装，每个单元板块在出厂前均经过严格的质量检测，并按幕墙单元划分进行编号，每个单元编号都是唯一的，对应建筑立面的特定位置[6]。加工、组装精度高，质量可靠。

4)安装速度快单元式幕墙的现场安装无焊接作业与湿作业，主要通过机械辅助安装，单元板块与主体结构的连接方式简单、安装方便，施工速度快[7]。

5)安装顺序严格单元式幕墙的安装必须按顺序进行对插，有严格的施工顺序，在竖向必须按插接顺序按楼层逐层安装。

2 单元式幕墙多段同步安装技术

超高层建筑建造工期短，幕墙安装时间紧，同时幕墙的封闭直接影响内部装饰等工作开展[8]。因此，对于超高层建筑来说，越早完成幕墙封闭越有利。按单元式幕墙传统的逐层安装的施工工艺，在一些情况下不能满足进度要求，需在超高层单元式幕墙传统的逐层插接安装工序的基础上对单元式幕墙的节点设计和安装技术进行改进与优化，探索在多个楼层同步进行幕墙单元板块安装的可实施性，并对此技术进行深入研究，形成超高层建筑单元式幕墙多段同步施工技术，如图1所示。其技术原理、关键节点、工艺流程、安装要点如下。

图1 单元式幕墙多段同步安装技术示意

2.1 技术原理

超高层建筑单元式幕墙多段同步施工技术的原理是，将分段施工楼层幕墙单元的固定插接式节点设计为平推式节点，解决了单元式幕墙必须按楼层逐层插接安装的工序问题，实现单元式幕墙的分段同步施工。该技术的关键是分段楼层收口单元板块横梁和竖框的节点设计与施工安装。收口单元板块横梁下部节点仍是通过插接方式与下部单元板块连接，收口单元板块上部横梁单元的连接方式由插接改为平推，并通过扣条扣接固定。收口单元板块的竖框间采用平推连接，并通过竖框扣条扣接固定。同时，满足气密性、水密性等功能要求。

在此基础上，为保障幕墙单元分段安装过程中的安全性，需在分段施工楼层区域设置起底板块第2支撑点和顶部硬性防护。起底板块第2支撑点的设置，可有效防止起底板块在上部板块安装插接时转动导致后续横滑插芯密封胶撕裂，同时也可防止其在风荷载等水平荷载作用下晃动。第2支撑点的节点如图2所示。顶部硬性防护主要防止超高层建筑施工过程中上部坠物等对下部安装的幕墙单元产生破坏，保证施工人员安全。

图2 第2支撑点示意

2.2 分段单元节点

超高层建筑单元式幕墙多段同步安装技术的重点为收口层单元板块的节点设计。收口层分段单元板块横梁节点和标准层单元板块横梁节点的设计对比如图3所示，图中上部浅灰色部分是上横梁节点，下部灰色部分是下横梁节点，图3b中右侧深黑色部分是横梁扣条。可看到，传统的横梁插接节点主要由2部分组成，上、下横梁节点通过插接连接，如图3a所示；横梁平推式节点主要由3部分组成，需将下横梁平推到位，然后通过横梁扣条扣接固定，如图3b所示。收口层分段单元板块竖框节点和标准层单元板块竖框节点的设计对比如图4所示，图中左侧浅灰色部分是左竖框节点，右侧灰色部分是右竖框节点，图4b左上角深黑色部分是竖框扣条。可看到，传统的竖框插接节点主要由2部分组成，左、右竖框节点通过插接连接，如图4a所示；竖框平推节点主要由3部分组成，需将竖框平推到位，然后通过左上角的竖框扣条扣接固定，如图4b所示。收口层横梁和竖框均是将插接节点改为平推节点，方便收口层单元板块的安装，单元板块安装到位后通过扣条扣接固定。

图3 分段单元横梁节点对比

图4 分段单元竖框节点对比

收口层单元板块采用标准单元板块进行设计和加工。同时，依据雨幕原理，设置三级等压腔进行逐级减压，并合理规划单元排水路径，以保证幕墙系统的尘密、水密和气密性能。图3，4中，①为尘密线，②为水密线，③为气密线。收口层单元板块设置3道防线，分别为尘密线、水密线和气密线。

1)尘密线设置在最外侧的1道防线，主要阻止灰尘进入单元系统，防止灰尘进入单元幕墙系统的腔体后堵塞排水孔，同时尘密线也可阻挡大部分雨水进入幕墙单元腔体。

2)水密线单元幕墙的重要防线，承担阻水、披水作用，是完成雨幕原理的第1步，通过幕墙单元表面的少量水会经尘密线进入等压腔，通过水密线的阻挡作用，进入等压腔的水将通过重力作用被有组织地排出，达到阻水目的。

3)气密线设置在单元的最内侧，是最后一道防线。由于水密线和气密线间的等压腔和室外基本上相通，因此水密线不能阻止空气渗透，阻止空气渗透的任务由最后一道防线即由气密线完成。

收口层幕墙单元的排水路径规划如图5～7所示，图中，①为等压腔1，②为等压腔2，③为等压腔3，主要采用错层排水策略。在强风特殊情况下，风压波动瞬间，室内外气压差加大，微量水可能穿越尘密线和水密线进入等压腔3，此部分微量水通过横梁上设置的凹槽汇集，如图5所示。汇集后的水通过立柱的排水孔排到下一层横梁，如图6所示。积水在横梁的等压腔3中汇集，并通过横梁中预先设置的开孔排到室外，如图7所示。

图5 等压腔布置及横梁排水示意

图6 汇集水沿竖框下排示意

图7 等压腔3微量水在横框排出示意

2.3 工艺流程

超高层建筑单元式幕墙多段同步施工技术的工艺流程如图8所示。首先是选定分段安装楼层，同时设计平推式节点。后面板块的加工、运输过程与一般单元完全一致。在分段安装前，需完成转接件安装和分段施工楼层硬性防护安装。开始分段同步安装时，需对起底板块安装第2支撑点，完成后即可分段同步安装。在下部楼层单元安装完成后，即可开始收口楼层单元安装，完成单元板块的平推安装后进行横梁扣条和竖框扣条安装，并对收口楼层进行密闭性检查。

图8 分段同步安装工艺流程

2.4 收口楼层安装要点

在收口楼层下部楼层幕墙标准单元安装到位后，即可开始进行收口楼层幕墙单元板块的安装。收口楼层单元板块预先存放在收口楼层中，通过机械臂和玻璃吸盘将板块由室内往室外推出安装。该施工方法不受室外天气(如大风)影响，也无须在塔顶安装施工吊装机械，具有安全便捷的特点。安装步骤和要点如下。

1)第1步收口楼层单元板块查验，通过布置在收口楼层的机械臂和玻璃吸盘将单元板块运到安装位置，单元板块脱离室内地面，慢慢竖起，如图9所示。

图9 单元板块运输到位

2)第2步通过调整机械臂长度和角度，将单元板块在预定位置竖立，如图10所示。

图10 单元板块竖立

3)第3步微调单元板块的位置和角度，实现单元板块的预就位，如图11所示。

图11 单元板块预就位

4)第4步单元板块顺时针偏转，微上抬，使板块下口和下层单元板块插接对齐，同时斜向装入地台码，如图12所示。

图12 单元板块下口插接对齐

5)第5步单元板块下落至设计位置，与地台码连接到位，同时快速安装地台码固定螺栓，如图13所示。

图13 单元板块就位并固定地台码

6)第6步按顺序依次安装收口楼层剩余幕墙单元板块，如图14所示。

图14 依次安装收口楼层单元板块

7)第7步安装完收口楼层所有单元板块后，对竖框扣条槽口注胶，并开始安装竖框扣条，如图15所示。

图15 安装竖框扣条

8)第8步对收口楼层单元板块横梁扣条槽口注胶，安装横梁扣条，如图16所示。

图16 安装横梁扣条

9)第9步安装完毕，进行清理，安装完成后效果如图17所示。

图17 单元板块安装完毕后效果

3 工程应用

埃及新行政首都中央商务区Iconic Tower总占地面积 6.5万m2，建筑面积 26.2万m2，主要功能包括办公、酒店、商业、观光、地下车库及附属配套设施；Iconic Tower采用混凝土核心筒-外框钢结构混合结构体系，地下3层，地上78层，标准层高4.2m，建筑高度385.8m，建成后将成为继金字塔之后埃及的新地标，同时也将是非洲第一高楼，如图18所示。该建筑的幕墙采用单元式幕墙系统，幕墙系统包含1.2m高三角形水平遮阳，3.0m高玻璃幕墙，幕墙单元宽1.5m，如图19所示。由于新冠肺炎疫情影响，单元幕墙的材料供应、加工组装、海运、清关等环节均受影响，导致幕墙无法紧跟主体结构进行安装。同时，埃及总理对项目进度高度关注，提出要将幕墙工期压缩8个月的要求。在这种情况下，通过科研攻关，提出超高层建筑单元式幕墙多段同步施工技术的概念并进行深入研究。

图18 Iconic Tower 效果

图19 Iconic Tower 单元式幕墙系统

通过超高层建筑单元式幕墙多段同步施工技术的成功应用，将Iconic Tower幕墙安装分为L1～L39层和L41到塔冠2个施工段，创造性地将L40幕墙单元的上部插接式节点改为平推式节点，2个施工段同步安装的方法大大提高了安装效率，相比于传统的超高层建筑单元幕墙逐层安装的施工工序，缩短了8个月的安装工期，直接降低管理成本360万元，同时工期缩短带来开办费用降低，减少设备租借费用，并为其他专业提前介入创造了作业面，综合效益显著。