双曲面幕墙的多段弧形梁施工技术研究

2024-02-27唐林波李志强李平均黄进飞李志黎

中国建筑装饰装修 2024年2期

唐林波李志强李平均黄进飞李志黎

多段弧形梁是双曲面幕墙的主要支撑结构，其施工技术和质量会直接影响整个幕墙的稳定性和安全性。屋面设计中使用双曲面多段弧形梁，是一种新型施工工艺，施工难度较大[1]。由于对加工过程的精确控制，无法达到一次成形的效果，往往需要进行多次返修，从而导致材料浪费、成本增加、时间延误。所以，采用新工艺提高工程质量，实现“创新、创优、创效益”，具有重要的意义。

1 工程概况

成都市蒲江县国家现代农业产业园冷链物流基地建设项目-仓储物流农产品交易平台大楼外立面采用竖明横隐玻璃幕墙系统，形状复杂，为双曲面形状幕墙，高度为32 m，玻璃幕墙整体面积约6000 m2，主要采用透明中空钢化玻璃与彩釉夹胶钢化玻璃，具有重量轻、防水性能好、采光与富有科技效果等特点，效果图如图1 所示。幕墙钢结构安装基于主体结构的多段弧形梁，梁结构形状偏差与质量对幕墙安装效果有极大的影响。

图1 数字水果交易中心效果图（来源：成都市蒲江县国家现代农业产业园冷链物流基地建设项目资料）

2 工程重难点

2.1 技术难度大

仓储物流农产品交易平台大楼多段弧形梁上下共4 层，设置在框架结构外圈，户型宽度为45～55 m，存在多种圆形、椭圆及双曲线形状，且各形状半径或焦点尺寸不一致，同时具有高低差大、坡度陡、拐点多等特点。各阶段的施工工艺存在一定的联系，但具有不同的结构特征，对施工过程的质量管理也提出了不同要求。平台大楼立面图如图2 所示。

图2 产品交易平台大楼立面图（来源：成都市蒲江县国家现代农业产业园冷链物流基地建设项目资料）

2.2 安全要求高

建筑外形多变，弧形梁悬挑出主体结构，幕墙钢结构龙骨形状复杂，受双曲面幕墙形状影响，其支撑结构与操作平台搭设在安装过程需要多次搭拆，加上夏季高温天气，因此在保证施工品质的前提下，必须加强施工的安全管理。

3 双曲面幕墙连接安装技术

农产品交易平台的幕墙主要由3部分组成，分别为双曲面彩釉夹胶玻璃、单曲面高透光玻璃、屋面平面高透光采光顶。

3.1 重难点分析

项目施工难点如下：第1，由于双曲面形状不规则，需要分别建立模型并进行组合，对各节点的定位精度提出较高的要求。第2，弯曲板的圆弧是一种渐进多变的曲线，其弯曲量大，对联接设备的空间调节能力提出很高的要求[2]。

3.2 方案设计

采用由檩条、矩形钢管组成的支承体系，再用铝合金挂件将铝片悬挂。这种连接方法能满足对节点的多维可调节需求，且采用与单体板一样的挂接方法，施工方便，能节约工期[3]。但部分雨水会渗透到装饰面板的下方，因此在铝面板的下方，使用了一层由热塑性的聚合物防水卷材构成的防水层。双曲线幕墙的主骨架用圆钢管，不用方管，因为圆管的拉弯加工相对容易，可减少开模数量，且在完成管材拉伸后，依附于圆管的铝材连接装置安装方便，提高了安装效率。节杆、旋转轴和锁定机构组成，底座采用铝合金材料，具有轻便、强度高、耐腐蚀等优点。调节杆采用螺纹杆结构，可以方便地调节长度和位置，旋转轴可以实现水平旋转和垂直旋转，满足不同角度的调整需求。锁定机构采用螺纹旋钮和插销组合的方式，可以方便地锁定和解锁，保证连接装置的稳定性和可靠性。

在施工过程中，需要根据设计要求将铝合金龙骨安装到指定位置，将三维可调的连接装置固定在龙骨上，作为铝板挂接的支座。最后，使用锁定结构锁定连接装置，确保铝板的稳定性和安全性。使用三维可调的连接装置作为铝板挂接的支座，可以实现铝板的精确调整，提高施工质量和美观度。

3.3 安装过程

3.3.1 使用三维可调的连接装置作为铝板挂接的支座

三维可调的连接装置由底座、调

3.3.2 装配式单元板块

由于受到装配精度的限制，不能保障双曲线板的光滑程度，所以参考传统单体幕墙，采用了双曲面铝的皮肤网格，然后将其单体化，这样就可以方便地在工厂中进行加工和装配，并将其整体运送到工地[4]。

将已完工的幕墙面板和主要的钢模进行组合，以确保已完工的面板表面有足够的空间。根据钢构布局设计要求，对玻璃幕墙的骨架进行计算和调整，将建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）建模元件的数据导入模具，实现对材料的处理。接下来是一系列材料的使用，如铝合金挂件、插接件、不锈钢六角头螺栓、加强筋、铝板、有机硅结构密封胶、双面胶贴、M6 螺桩焊以及3 mm 厚的双曲铝合金板，这些材料被组装成一个小型单位，组合好的小型铝片被运送到工地。其中，铝片单位片坠子应安装在铝合金插片上，需使用M5 mm×30 mm 不锈限制螺丝以及M5 mm×30 mm 不锈机器螺丝进行安装固定。

4 弧形梁施工控制技术

4.1 施工准备

在工程开始之前，项目部已经安排相关人员认真研究图纸，理解设计的目的和要求，并做好图纸审核工作。根据工程的实际情况，对项目的相关操作进行仔细研究，制订了屋面大跨度弧形梁模板专项施工方案。经过企业技术主管和总监理工程师审核后，组织实施工作。技术主管对现场管理人员和组长进行了详细的技术交底，并针对关键部位进行了个别说明，同时还制作了标准的工序流程图。

4.2 模板施工

4.2.1 应用CAD及BIM技术辅助模板及支撑高精度放样

在计算机辅助诊断（Computer Aided Diagnosis，CAD）中，采用矢高的方法对其进行快速的造型和分解，并依据弧线、弧长等参数，对每一控制点的标高、弧长进行分割，并绘制这些控制点的间距、标高等信息内容，将其与建筑工地的实际建设情况结合起来。

4.2.2 模板、支撑选型以及支撑搭设要求

搭建要求如下：第1，采用具有良好塑性的竹材板材作为模板支承。第2，依据CAD 分解后的资料，参照高支模设计中立柱的位置，确定立柱的排置点。在施工过程中，在架子施工层面上进行放样，确定控制点，逐渐减小控制点之间的距离，并放入圆弧[5]。利用全站仪在弧面上的任意一个点进行“前方交汇”检查和校正，然后将引线移到操作层模板上。

4.3 钢筋加工、安装

利用BIM 建模技术对曲线梁的纵筋进行定位，并使用折弯机确保纵筋的位置准确，使保护层均匀分布。在铺设钢筋时，必须严格按照设计和工程验收规程进行操作。便于施工人员在屋顶进行混凝土浇筑和屋面防水工作，需要将钢筋固定在梁脊上，并在梁脊上设置一个比梁脊高的加强筋弯曲钩，通常设置约20 m 的间隔[6]。

4.4 混凝土浇筑

在进行砼灌注之前，必须配备足够的人力、机械设备，以确保混凝土的灌注质量。项目部对模板、钢筋、保护层、预埋件等的规格、尺寸、数量、位置进行全面验收，验收合格后才能开始浇筑。

项目使用的混凝土采用普通的商品混凝土，采用塔式起重机运送到混凝土浇筑点。因为曲线梁的弯曲程度很大，所以在施工过程中，要对混凝土进行合理配比，合理控制混凝土的水胶比、坍落度等。在浇筑过程中，塌落度宜控制在120 ～150 mm，这样可以防止因重力引起的水流和下沉，从而确保混凝土的施工质量。曲线梁混凝土按照检测批次从高处向下，以300 mm 为宜，采用整层浇筑，并适时振捣。

采用30 ～50 mm 的插棒器，插针要快速拔出，插针要按照“梅花”形排列，并按照灌注次序依次进行，不能缺针。每隔40 cm 用30 mm 振动杆进行振捣，每隔约40 cm 振捣1 次。在第1 次振捣过程中，浇筑5 cm 厚的水泥砂浆，以减少两次浇筑之间的裂缝。混凝土表层出现浮灰时，是振捣的最佳时机。

在浇注混凝土时，各拱梁应一次浇注完毕，其间不能留下任何冷接缝。为防止由于自身重量及收缩引起的开裂，在混凝土收水初凝之前，应先用木抹抹平2 遍。

4.5 施工质量管理措施

4.5.1 建立完善的弧形梁施工控制工艺技法

为确保弧形梁施工顺利进行，需要制订详细的施工方案，包括弧形梁的放样、定位、加工等方面的工艺流程，为后续施工提供指导和依据。弧形梁的形状和位置精度要求较高，因此需要在施工前进行精确的测量和定位。

采用先进的测量设备和技术手段，对施工现场进行测绘和放样，确保弧形梁的位置和形状符合设计要求。根据施工方案中的工艺流程，对弧形梁加工和制作。在加工过程中，要严格控制材料的选用、加工设备的精度和操作规程，确保加工出的弧形梁符合设计要求。

4.5.2 实施严格的质量监控措施

梁模具的质量会直接影响弧形梁的形状和尺寸，在模具制作过程中，要严格控制模具的设计和加工精度，确保模具符合设计要求。钢筋是构成弧形梁的重要组成部分，在钢筋加工过程中，要严格控制钢筋的规格、加工设备的精度和操作规程，确保钢筋加工质量和安装位置的准确性。浇筑施工是形成弧形梁的关键环节，在浇筑过程中，要严格控制混凝土的配合比、浇筑速度和振捣方式，以确保混凝土的浇筑质量和密实度。每个施工环节结束之后，都要进行严格的质量检测，采用先进的检测设备和技术手段，对弧形梁的尺寸、弯曲度、保温层等各项指标进行检测，确保符合设计要求。

4.5.3 实行全程记录和追踪

为确保施工质量的可追溯性，需要建立完整的施工档案，记录每个施工阶段的关键参数、施工数据和质量检测结果，为后续的质量控制提供依据。在施工过程中，要对每个环节进行实时记录，包括施工人员的操作情况、施工材料的质量状况、施工设备的运行情况等。在发现施工质量问题时，要及时进行修正，根据记录的施工数据和质量检测结果，找出问题所在并进行针对性修正，确保施工质量符合要求。