多曲面钢结构网壳玻璃幕墙工程施工技术

摘 要：以渝昆高铁宜宾站站前广场文化艺术中心工程为例，围绕多曲面钢结构网壳玻璃幕墙工程施工工艺，重点研究了BIM+三维激光扫描技术，选用单元式玻璃幕墙、双曲异形玻璃放样及加工技术、单元式玻璃幕墙与主体结构连接技术等，为玻璃幕墙提前插入施工创造条件，缩短工程施工周期，实现了文化艺术中心工程的异形曲面钢结构网壳玻璃幕墙精确加工与安装，取得了良好的经济效益和社会效益，为今后类似工程的施工提供一定参考。

关键词：多曲面；玻璃幕墙；三维激光扫描；单元式幕墙；连接件

中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）08-0113-03

0 引言

为突出造型特色和功能特点，公共建筑的外观造型愈发凸显其个性化，建筑外立面幕墙工程也从常规的矩形设计向异形曲面等设计方向转变。近年来，建筑外幕墙系统以其节能环保、造型美观等优点在当前建筑行业中得到了大量的应用。在异形曲面幕墙施工中，存在曲面玻璃放样与制造难度大、幕墙变形控制及幕墙板块连接困难等问题，传统幕墙施工工艺已难以满足当前幕墙工程施工的需要。因此，研究异形曲面幕墙施工技术，保证此类幕墙施工质量及设计效果的有效呈现，具有一定的实际意义。

1 工程概况

渝昆高铁宜宾站站前广场文化艺术中心工程为钢-混凝土空间组合结构，采用钢筋混凝土核心筒、C型剪力墙、外钢筒壳、内钢框柱、水平钢梁、钢桁架、钢筋桁架楼承板整体成形后共抗侧力的结构体系。外观形态犹如3颗紧紧环抱的竹笋，造型优美，外立面采用70根双曲箱型立柱及屋面33根箱型立柱与1 243根弧形横梁组合而成的多曲面网壳结构（如图1所示）。建筑外立面幕墙采用1 638块双曲玻璃板块组合而成，每一块玻璃板块造型、曲率均不一致，具有唯一性，玻璃使用渐变彩釉的竹叶形状图案，通过波点拼组实现通透靓丽的变化，从而完美体现出地方的竹文化特色。

2 关键施工技术

2.1 BIM+三维激光扫描技术

主体钢结构施工过程中，采用三维激光扫描技术复核钢结构、幕墙预埋件的定位及尺寸，采集钢结构实体数据，形成实体结构模型（如图2所示），以三维扫描模型为基础，辅助幕墙埋件定位、龙骨与幕墙面板的放样与生产等。幕墙结构需依托钢结构实体模型进行二次深化，而不能仅依靠设计线模进行加工生产。

2.2 单元式玻璃幕墙选用

本项目主体为钢结构-混凝土空间组合受力结构体系，需结构整体成形，混凝土强度达到100%后，便可与钢结构形成稳定的共抗侧力结构体系。特殊的结构体系，导致钢结构的安装方式异于常规，为此安装过程中需布置大量的临时支撑，以解决外曲面弧形柱不能单独承受结构自身荷载的问题。但同时也造成主体钢结构卸载后的变形量无法进行精确模拟。若采用原设计的常规构件式幕墙，需主体结构变形量基本趋于稳定后再根据结构模型，进行玻璃幕墙放样及生产，不利于工期及成本控制。

单元式幕墙的单元板块之间采用阴阳扣镶嵌连接（如图3所示）。当主体结构发生一定量的形变时，单元式幕墙可以通过阴阳扣预留的变形余量吸收掉主体结构卸荷后发生的必然形变，且不会产生结构性和功能性的损伤。通过主体结构卸荷变形验算，经过反复模拟，确保单元式幕墙能有效消化吸收钢结构的变形量，以达到幕墙施工提前插入的条件。

2.3 双曲异形玻璃放样及加工

2.3.1 玻璃裁片数据

从实体三维扫描数据中提取结构的坐标及模型的相关参数值，再从电脑导出结构模型，对原设计幕墙表皮模型进行分析调整。根据调整后的模型在进行电池编程分析，提取玻璃表皮模型参数进行板块分割，得出玻璃板块的曲面数据，生成玻璃加工图。

2.3.2 玻璃热弯钢化

采用特殊设备使其达到690℃加工温度，玻璃软化后采用模具进行压制，压制成型后检查是否与加工纸是否相符，无问题进行淬冷钢化。玻璃热弯钢化后再次采用3D扫描仪扫描检测产品是否合格（如图4所示）。

2.3.3 玻璃合片成型

将钢化好后LOWE玻璃边部进行除膜，铝条装入分子筛后涂上丁基胶然后按照玻璃形状进行折弯，最后经合片、安装卡槽、打中空胶，最终成品。

2.4 单元式幕墙组装

2.4.1 单元式幕墙框架组装

单元式幕墙龙骨框架加工过程中，需严格按照模型展开后的拆模加工图纸（对照细目表、套材表）进行加工，同时按类分别存放，做好标识（型材编码、加工图号、下料尺寸等），相似型材不能混淆。对于切角型材更应注意，切角角度完全符合模数。

依据拆解模型后对各部件的身份编码，进行型材组件，避免划伤。将各连接部位紧密结合，不得在组装过程中进行现场修整，保证型材组框与玻璃板块拼装无不合模数等情况。

2.4.2 单元式幕墙板块组装

双曲中空彩釉玻璃组件安装编号与单元式龙骨框架一一对应，按模型拆解图纸进行组装。将其全部平落在龙骨框架内（如图5所示）， 使附框豁口与锁位对应， 由上向下推嵌到位，安装限位角片， 钉帽处进行密封，放置橡胶垫、泡沫棒。为满足现场安装需求，本工程共定制120个专用货物托架循环使用。

2.5 单元式玻璃幕墙连接

2.5.1 连接件设计

常规构件式幕墙采用龙骨与主体结构刚性连接，本工程幕墙为增强适用性，改为专用阴阳扣螺栓连接件与主体结构进行连接（如图6所示）。安装到位后，通过螺栓固定及垫片焊接达到单元式幕墙安装的完全固定。

2.5.2 连接件安装

根据模型提取连接件位置的三维坐标，进行连接件定位，连接件施工时先局部焊接。单元式幕墙板块安装前，确认点位无误后，连接件再完全补焊。安装过程中，通过阴阳扣预留的变形余量调节玻璃幕墙板块的安装定位。若通过调节螺栓仍无法安装，则调整连接件位置后重新固定。

2.5.3 玻璃板块吊装

单块单元式幕墙重达780 kg，需利用加长版电动吸盘进行固定吊装（如图7所示），每个板块4个挂件，与连接件临时连接，再使用全站仪根据玻璃四角坐标点位进行定位，通过预设的调节螺母进行调试，确保安装精度，复核无误后将调节螺母焊接固定。

通过自下而上，竖向层层精准控制进行安装，上下板块之间通过竖向铝合金框内的钢插芯进行连接与定位，以达到快速定位及安装的目的。

3 质量控制措施

3.1 单元式幕墙运输

单元式幕墙板块加工成型后通过专用的托架进行平着码放叠加（如图8所示），根据板块的平面高度确定叠加的数量，每个转运架都是相对独立的，又都能相互重叠插接在一起。转运架缠绕有保护性毛毡，使单元板块与转运架柔性接触，以防单元板块磕损。

因本工程的板块为双曲面，有一定的拱高及扭曲度，装货架的时候需对每个角都必须固定垫稳，玻璃面朝上，故每架只能放置四块单元板块，再用叉车进行板块装车运输至现场。现场再用叉车进行卸货到指定位置按照安装顺序进行摆放。

3.2 埋件施工保证措施

后置埋件符合《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102—2013，钢板表面采用热浸镀锌处理，钢板的长条孔径应与锚栓直径匹配，并满足相关规范的要求。钢垫片表面采用热浸镀锌处理，钢垫片的孔径应与锚栓直径匹配，安装完成后应与钢板角焊缝满焊，并满足相关规范的要求。现场每一个埋件位置均需按照模型的点位坐标，采用全站仪进行定位焊接，保证测量精度。在完成埋板安装后请专业资质公司进行锚栓拉拔试验，按照各种规格每5件为一组，试验可在现场进行。

3.3 吊装施工保证措施

根据施工图纸的排版按照约定的先后顺序进行依次吊装，板块的安装顺序为先装玻璃板块，从下至上的顺序进行安装。因建筑幕墙外形从下到上为双曲渐变往里收的情况，所以安装板块时应先安装板块底端的两个固定螺栓，然后让起重机往下松放钢绳，依靠单元式幕墙的自身作用力下慢慢往里靠进行调整安装，调整好位置后再进行螺栓固定。

3.4 质量检查

每个幕墙板块安装完毕，应由专职检验人员复查其水平度，相临板块与同层板块的水平标高偏差情况及整个立面控制线的偏差情况，调整至符合设计及质量控制标准要求。

3.5 成品保护

每完成部分玻璃幕墙的安装，应对玻璃面板等进行一次抹擦。其目的是清除龙骨表面多余的胶及其他污染物，减少整体清洗的工程量，使安装好后的幕墙，给人以一种整体美感。

4 结束语

本文以渝昆高铁宜宾站站前广场文化艺术中心玻璃幕墙工程为例，系统论述了多曲面钢结构网壳玻璃幕墙多项关键施工技术。该案例分析给出了双曲型玻璃板块生产加工方法，提出了单元式玻璃幕墙选用方案，详细介绍了单元式幕墙与主体结构的连接方法，并归纳总结了施工质量控制要点。

实际施工中，多项关键技术有效地保证了双曲玻璃面板放样及加工精度，解决了多曲面钢结构网壳因卸载后变形较大而影响幕墙工程提前插入施工这一问题，较好地实现了单元式幕墙稳固连接与精度控制的有效统一，创造了良好的经济和社会效益。

参考文献

[1] 李海东.拱桁架与空间多曲面鼓节点方管网壳的组合屋盖施工技术[C]//中国建筑金属结构协会钢结构专家委员会.钢结构与金属屋面新技术应用.中国建筑工业出版社，2015：10.

[2] 王福全.郑州东站大跨度铸钢节点空间网格结构跨层桁架施工技术[J].建筑技术，2013，44（4）：315-318.

[3] 周观根，吴霞，陈志祥，等.空间结构创新施工方法[J].空间结构，2009，15（4）：25-32.