双曲面框支承玻璃幕墙施工技术研究

2023-11-16史多坤甘肃七建装饰工程有限公司甘肃兰州730000

安徽建筑 2023年11期

史多坤（甘肃七建装饰工程有限公司，甘肃兰州 730000）

1 引言

在建筑行业中，由于其美观、采光、节能等特点，玻璃幕墙受到广大建设者和设计者的喜爱[1]。双曲型框架支撑玻璃幕墙是现代建筑中典型的外墙形式，它具有强烈的艺术表现力，充满个性的空间构造，具有强烈的视觉冲击力。在世界各地的现代化建筑中都有着广泛的应用[2]。但是，由于具有优美、多样的曲面外形和玻璃薄片，使其在工程中的应用更加困难，容易发生质量问题，而且对工程的组织和管理提出了更高的要求。其中，以双曲框架支撑式玻璃幕墙为代表的异型玻璃幕墙，在全球各地的地标建筑中得到了广泛的应用[1]，与平板玻璃幕墙相比，双曲面框架支撑式玻璃幕墙的施工技术更加复杂、技术含量也更高。首先，由于采用双曲框架支撑的玻璃幕墙大部分的龙骨是弯曲的，在施工中难以进行放线；其次，由于玻璃幕墙是一种双曲型结构，它需要高精度的加工和安装，因此安装质量很难保证[3]；第三，建筑外形的外立面是凹凸不平的，使用双层框架支撑的玻璃幕墙，可以更好的展示建筑的外观，但是，不同的材质大小存在着一定的差别，这就造成了材料的选择、吊篮等竖向施工运输设备的安全使用等问题日益凸显，这就要求施工方的工程管理人员进行综合的思考。所以，对双曲型框架支撑玻璃幕墙的施工技术进行深入的分析和研究，以解决传统双曲面支承玻璃窗的技术难题。

2 双曲面框支承玻璃幕墙的特点

与平板玻璃幕墙相比，由双曲边框支撑的玻璃幕墙外形形状多为弧形，使其受力区域更为均匀，能更好地抵御风载荷，特别适合高层和超高层建筑。

由于支撑材料和玻璃板的多样性，双曲面框架支撑玻璃幕墙在外观上的表现要优于普通的平面玻璃幕墙，能够更好的体现设计师的创造性。

采用双曲面框架支撑的玻璃窗，其施工技术有较高的技术含量。双曲面框架支撑的玻璃幕墙中，其龙骨和玻璃片多为弧形，相对于平面玻璃窗的平面形状而言，定位、加工和安装更为困难。

3 体育馆建筑概况

本工程建筑面积2612.38m2，工程造价887 万，工程地址为两当县城关镇，东至广香炉路，西至显龙路，南至西坡路，北至鱼池路。地上两层，建筑高度25.1m，建筑形状为椭圆形。工程主要材料包括中空玻璃、保温装饰一体板、钢材、硅酮结构密封胶和硅酮结构耐候胶等，工期紧张，工程难度大。体育馆为椭圆形，造型独特。由于玻璃的制造比较困难，所以加工部需要对其进行精确的工艺操作，并对其进行精确的装配，从而保证工程的质量。现场施工如图1 所示。

图1 施工现场

为了建设两当县城关镇标志性建筑，本工程具有别具一格的外形，外墙采用平面与双曲线相融合的框架支撑，各立面呈现出两个弧形。它的新设计和造型、新设备、新工艺、新技术的运用，都是高技术的产物。由于该工程的工期和占地面积较窄，给整个工程的组织和管理带来极大的困难。

4 施工工艺及质量控制难点

在对有关的设计数据进行分析的基础上，结合以前类似的施工经验，运用BIM、CATIA、犀牛软件等技术，构建了三维建模模型，并对其进行了归纳，得出了如下几个问题。

①双曲面框架支撑的玻璃幕墙采用不规则的抛物线（形状像是“月牙”，不能用数学公式来界定），由于不同的间距、不同的方向，造成了工程的难度，因此，龙骨是幕墙工程的重中之重。如果出现龙骨偏移，会对后期玻璃安装、百叶的安装造成很大影响。

②双曲面弧形框架支撑的玻璃窗幕墙，定制材料多（有双向弯曲、扭转），玻璃存在单曲、双曲甚至多曲玻璃，加工安装困难。尽管使用特殊材质的异型，可以在某种意义上确保工程的质量，但是大规模使用异型特制的材质会造成大量的加工偏差，尤其是曲面玻璃在不可逆的工艺过程中，其作用的幅度会呈几何倍数增加，如图2所示。

图2 曲面玻璃3D模型图

③铝单板装饰百叶的形状多、规格尺寸多、接口多，造成了许多质量问题，在双曲面转折位置进行材料的对接很困难（参见图3）。百叶的外形非常繁多，它所用的材料非常多，它们的组合会产生许多不同的材质，易使制品的品质出现问题。同时在工地上装配，使其生产过程的质量更是难于保证。

图3 铝单板装饰百叶示意图

图4 曲面玻璃优化图

④采用双层弧形框架支撑的玻璃窗幕墙，其高（25m）左右，外形形状参差不齐，采用吊篮进行竖向操作和运送不同材质的物料非常麻烦。

5 制定控制措施

在明确了工程质量控制的困难后，结合工程具体情况，制定了工程质量管理的具体对策。

①针对双曲幕墙采用不规则的抛物线曲线（难以用数学方法来界定），龙骨放线和安装位置等问题。

制定对策。在幕墙工程中，龙骨的施工是最重要的。若发生龙骨位移，将极大地影响之后的玻璃安装及百叶的安装。为保证正确安装龙骨，必须编制严格、实用的测量和放线方案，并强化操作人员的技术交流，严格落实验收制度。该项目的最大亮点是双曲玻璃幕墙。在双曲玻璃幕墙区域，龙骨为弯曲的龙骨（单弯、双弯、弯曲、扭转），玻璃为单曲玻璃、双曲玻璃、多曲玻璃。异型零件的加工精度很难控制，特别是弯曲的玻璃，出现了很大的误差（几乎每一种都有），而且误差是无法消除的。如果大量使用异型材料，不仅会对安装造成很大的影响，而且会影响美观，很难保证安装的质量。因此应对玻璃片进行优化，降低玻璃的工艺参数，把不可控制的工艺误差调节到人工控制的允许偏差范围内，以确保装配质量。

②铝合金板材装潢百叶的形状多、界面多、品质问题多。在两个弯曲的部分，零件的加工难以进行对接。

制定对策。百叶的形状很复杂，需要大量的铝板、钢材、铝型材等，这些不同的材质结合在一起，会形成大量的界面，从而提高产品的品质。在同一时间进行装配，很难确保产品的品质。为此，对装潢百叶的大小进行了调整，使其达到了工厂一体化加工，整体进场的整体装潢百叶。加强对车间的质量管理，降低物料的偏差，确保工程质量，两个弯头的对接部分都是整体的一体成型。

③双曲面幕墙具有较高的高度和较大的外观出入（最大为2.7m，超过了传统吊篮外悬臂的极限长度1.7m），施工难度大，对工程质量造成了一定影响。

制定对策。制定相应的施工方案，增加吊篮的数量，缩短作业距离，保证安全。为确保工程技术水平和施工质量，对部分吊车及横向输送设备进行了改进。

6 实施控制措施

6.1 放线质量控制

结合实际工程，在风速不大的条件下，合理确定施工时间。该项目通过对两个曲线变化较大的区域进行立体放样，以达到整个幕墙的效果，确保了其测量的准确性，以下是具体的步骤。

①利用三维实体建模技术、BIM 和犀牛三维立体模型，实现了三维立体投影，并构建了三维虚拟场景建模。采用模拟验证方法，确保了测试和放样的精确和可靠。

②为了给现场的施工提供准确的定位，必须成立专门的测量组，配有GPS定位仪、全站仪、电子经纬仪等专用的测量仪，利用内控和外引外控仪进行放样，并对放线的质量进行复查。

6.2 弯曲龙骨及双曲面玻璃板材安装质量控制

通过对双曲面玻璃幕墙面积的型材和玻璃片的总体结构进行优化，将不能控制的物料处理体系偏差，调节到人工控制的调节类型。

①与玻璃生产单位商定，以玻璃翘足10mm 为界限，在此区间小曲率玻璃最佳化。利用同一原理，将多曲、双曲玻璃加工成误差可控的多曲玻璃进行了优化。对原有5000m2左右的双层玻璃幕墙进行优化，使其达到了3000m2的实际效果。

②不考虑弯头钢的扭转角度（最大扭矩为7°，最大为8mm），将两个弯钢龙骨改为单弯钢。

③与玻璃生产企业多次磋商，制订玻璃进度表的统一形式，明确玻璃尺寸、角度、飞边等，并按照标准的形式制作。

④对异形物料，由2 名以上的施工单位签署确认后再安装，物料加工厂二次验收合格后，签字确认，上述工序结束后，可进行处理。在双曲型幕墙工程中，实时监测龙骨固定、玻璃安装等工艺，并对误差进行控制。通过自定义长度和角度可调整的玻璃框架，可以消除优化引起的错误容许。

6.3 遮阳百叶施工质量控制

该工程采用一种新型的铝薄木百叶，以减小光线的污染、减小透光量，达到良好的照明效果。装饰百叶由2.5mm 的穿孔铝片和8mm 的铝片焊接（或固定）成一体，然后与幕墙的龙骨相连。在各玻璃幕墙的垂直上均设置了一个支撑。

月牙原是由两个铝片百叶组成的，由于抛物线钢的龙骨有一定的倾角（最大垂直角度为60°，最大侧向角度为38°）、扭转等因素，使得整体式铝片百叶加工安装困难。因此，在不影响整体形状的前提下，要对百叶进行优化，以减少界面数量，从而减少出现质量问题的几率。

6.4 垂直运输方案及设施改进

立面最大出入量可达2.8m，而吊篮臂长最大可达1.7m。建筑立面的出入间距增大了操作人员的工作难度，对工程的质量造成了很大的影响。

施工措施。增加吊装、拆除的次数，保证吊装作业时的竖向作业，在幕墙工程中，使用吊篮进行垂直运输是必不可少的，且该项目的外观设计新颖，外观的出入和变化很大。因此首先要解决起重机的竖向搬运问题，即增加起重机的安装数量，在标高10.3m、13.7m、12.9m情况下，安装了施工用的吊篮。此外，由于外形的改变，需要局部添加吊篮。